margatoksyna

Skorpion krótka toksyna
Margatoxin. Podświetlono wiązania dwusiarczkowe. PDB
Identyfikatory
Symbol	Toksyna_2
Pfam	PF00451
Klan Pfam	CL0054
InterPro	IPR001947
PROZYTA	PDOC00875
Dostępne struktury białek: Pfam   konstrukcje / ECOD   WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj Suma WPB podsumowanie struktury

Margatoksyna (MgTX) jest peptydem , który selektywnie hamuje zależne od napięcia kanały potasowe Kv1.3 . Występuje w jadzie Centruroides margaritatus , znanego również jako środkowoamerykański kornik skorpiona. Margatoksynę odkryto po raz pierwszy w 1993 roku. Oczyszczono ją z skorpiona i określono jej sekwencję aminokwasową .

Struktura

Margatoksyna jest peptydem złożonym z 39 aminokwasów o masie cząsteczkowej 4185 daltonów. Pierwszorzędowa aminokwasowa margatoksyny jest następująca:

Thr-Ile-Ile-Asn-Val-Lys-Cys-Thr-Ser-Pro-Lys-Gln-Cys-Leu-Pro-Pro-Cys-Lys-Ala-Gln-Phe-Gly-Gln-Ser-Ala- Gly-Ala-Lys-Cys-Met-Asn-Gly-Lys-Cys-Lys-Cys-Tyr-Pro-His

Lub, po przetłumaczeniu na sekwencję jednoliterową,

TIINVKCTSPKQCLPPCKAQFGQSAGAKCMNGKCKCYPH.

Istnieją mostki dwusiarczkowe między Cys7-Cys29, Cys13-Cys34 i Cys17-Cys36. Margatoksyna jest klasyfikowana przez Pfam jako „krótka toksyna skorpiona” , wykazująca homologię sekwencji z innymi blokerami kanałów potasowych, takimi jak charybdotoksyna (44%), kaliotoksyna (54%), iberiotoksyna (41%) i noxiustoxin (79%), które są również pochodzi z jadu skorpiona.

Synteza

Margatoksyna to peptyd oryginalnie oczyszczony z jadu skorpiona Centrutoides margaritatus (Central American Bark Scorpion). Toksyny skorpiona są specyficzne i mają wysokie powinowactwo do swoich celów, co czyni je dobrymi narzędziami do charakteryzowania różnych białek receptorowych zaangażowanych w funkcjonowanie kanałów jonowych . Ponieważ tylko niewielkie ilości naturalnych toksyn można wyizolować ze skorpiona jadów, zastosowano metodę syntezy chemicznej, aby wyprodukować wystarczającą ilość białka do badań. Takie podejście nie tylko zapewnia wystarczającą ilość materiału do badania wpływu na kanały potasowe , ale także zapewnia czystość, ponieważ toksyna wyizolowana z jadu skorpiona grozi zanieczyszczeniem innymi związkami aktywnymi.

Margatoksyna może być syntetyzowana chemicznie przy użyciu techniki syntezy w fazie stałej . Związek otrzymany tą techniką porównano z naturalną, oczyszczoną margatoksyną. Oba związki miały takie same właściwości fizyczne i biologiczne. Chemicznie syntetyzowana margatoksyna jest obecnie wykorzystywana do badania roli kanałów Kv1.3.

Mechanizm akcji

Margatoksyna blokuje kanały potasowe Kv1.1 Kv1.2 i Kv1.3. Kanał Kv1.2 reguluje neuroprzekaźników związane z częstością akcji serca, wydzielaniem insuliny , pobudliwością neuronów , transportem elektrolitów nabłonkowych , skurczem mięśni gładkich , odpowiedzią immunologiczną i objętością komórek. Kanały Kv1.3 ulegają ekspresji w limfocytach T i B. Margatoksyna nieodwracalnie hamuje proliferację ludzkich limfocytów T w stężeniu 20 μM. Przy niższych stężeniach to hamowanie jest odwracalne.

Wpływ na czynność układu krążenia

Margatoksyna znacznie zmniejsza prądy zewnętrzne kanałów Kv1.3 i spoczynkowy potencjał depolaryzacji błony . Wydłuża czas niezbędny do przewodzenia potencjałów czynnościowych w komórce w odpowiedzi na bodziec. Acetylocholina (ACh) odgrywa kluczową rolę w aktywacji nikotynowych i muskarynowych receptorów ACh. Margatoksyna wpływa norepinefryny wywołane agonistą nikotynowego receptora ACh . Po aktywacji muskarynowego Receptory ACh z betanecholem, prąd wrażliwy na margatoksynę został stłumiony. Stwierdzono zatem, że Kv1.3 wpływa na funkcję pozazwojowych neuronów współczulnych , więc można by sugerować, że Kv1.3 wpływa na współczulną kontrolę funkcji układu sercowo-naczyniowego.

Supresja układu odpornościowego

Kanały Kv1.3 można znaleźć w różnych komórkach, w tym w limfocytach T i makrofagach . Aby aktywować odpowiedź immunologiczną, limfocyt T musi wejść w kontakt z makrofagiem . Makrofagi mogą następnie wytwarzać cytokiny , takie jak IL-1 , IL-6 i TNF-α. Cytokiny to komórkowe cząsteczki sygnalizacyjne, które mogą wzmacniać odpowiedź immunologiczną . Kanały Kv1.3 są ważne dla aktywacji limfocytów T , a tym samym dla aktywacji makrofagi . Zakłócenie funkcji kanałów Kv1.3, na przykład z powodu hamowania tych kanałów, obniży cytokin i proliferację limfocytów in vitro. Prowadziłoby to do tłumienia odpowiedzi immunologicznej in vivo .

Kanały Kv są regulowane podczas proliferacji i regulacji makrofagów , a ich aktywność jest ważna podczas odpowiedzi komórkowych. W przeciwieństwie do leukocytów , które mają monomeryczne kanały Kv1.3, makrofagi mają heterotetrameryczne kanały Kv1.3/Kv1.5. Te heterotetramery odgrywają rolę w regulacji potencjału błonowego makrofagów na różnych etapach aktywacji makrofagów przez limfocyty . Kanały potasowe biorą udział w leukocytach aktywacja przez wapń Możliwe różne konformacje tych kompleksów Kv1.3 i 1.5 mogą wpływać na odpowiedź immunologiczną . Margatoksyna hamuje kanały Kv1.3, więc nie mogą powstawać heterodimery. Działanie margatoksyny jest podobne do działania DEX. DEX zmniejsza ilość kanałów K1.3 poprzez wiązanie się z receptorem GC , co prowadzi do obniżenia ekspresji kanałów K1.3. Zarówno margatoksyna, jak i DEX prowadzą do supresji immunologicznej.

Wpływ na kanały jonowe w limfocytach

Kanały jonowe odgrywają kluczową rolę w przekazywaniu sygnału przez limfocyty . Kanały potasowe są wymagane do aktywacji komórek T. Farmakologiczne hamowanie kanałów potasowych może być przydatne w leczeniu chorób immunologicznych. Potencjał błonowy wywiera silny wpływ na aktywację limfocytów . Potencjał spoczynkowy wynika przede wszystkim z potencjału dyfuzyjnego potasu wnoszonego przez kanały potasowe . Margatoksyna depolaryzuje spoczynkowe ludzkie limfocyty T. Badania farmakologiczne sugerują, że funkcjonalne kanały potasowe są wymagane do aktywacji komórek T i B. Blokery kanału KV hamują aktywację, ekspresję genów, zabijanie przez cytotoksyczne komórki T i komórki NK, wydzielanie i proliferację limfokin . Margatoksyna blokuje proliferację indukowaną mitogenem , mieszaną odpowiedź limfocytów oraz wydzielanie interleukiny-2 i interferonu gamma (IFN-γ). Zapewnia to najsilniejszy dostępny dowód na rolę kanałów KV w mitogenezie.

Toksyczność

Margatoksyna może mieć kilka różnych skutków dla organizmu:

• Może powodować podrażnienie skóry
• Może być szkodliwy w przypadku wchłonięcia przez skórę
• Może powodować podrażnienie oczu
• Mogą być szkodliwe w przypadku wdychania
• Materiał może działać drażniąco na błony śluzowe i górne drogi oddechowe
• Może być szkodliwy w przypadku połknięcia
• Długotrwałe lub powtarzające się narażenie może powodować reakcje alergiczne u niektórych wrażliwych osób
• Może być śmiertelny, jeśli dostanie się do krwioobiegu

Chroniczne skutki dotyczą serca, nerwów, płuc, szkieletu i mięśni.

Średnia dawka śmiertelna (LD50) margatoksyn wynosi 59,9 mg/kg, więc użądlenia Centruroides margaritatus nie są niebezpieczne dla ludzi, z wyjątkiem możliwych reakcji anafilaktycznych . Powodują ból, miejscowy obrzęk i mrowienie przez 3–4 godziny, ale nie jest konieczna żadna interwencja poza łagodzeniem objawów.

Wpływ na zwierzęta

in vitro do depolaryzacji komórek ludzkich i świńskich . Blokując 99% kanałów KV1.3, margatoksyna hamuje odpowiedź proliferacyjną komórek T u małych świń. Ponadto hamuje odpowiedź komórek B na immunizację allogeniczną i hamuje reakcję nadwrażliwości typu opóźnionego na tuberkulinę. U świń okres półtrwania białka wynosi dwie godziny. Kiedy peptyd podawana w ciągłym wlewie prowadzi do biegunki i nadmiernego ślinienia się. Jednak u zwierząt nie obserwuje się większych skutków toksycznych. W przeciwieństwie do sytuacji, gdy stężenie margatoksyny w osoczu jest wyższe niż 10 nM, u świń występuje przejściowa nadaktywność. Może to być efekt kanałów Kv1.1 i Kv1.2 w mózgu.

Skuteczność i skutki uboczne

Kv1.3 jest już powiązany z proliferacją limfocytów , komórek gładkich naczyń, oligodendrocytów i komórek nowotworowych. Ostatnie badania wykazały, że istnieje potencjał terapeutyczny blokerów Kv1.3, takich jak Margatoxin.

W leczeniu świnki miniaturowej przeprowadzono badanie z margatoksyną. Ośmiodniowe leczenie doprowadziło do przedłużonej supresji immunologicznej, która trwała od trzech do czterech tygodni po zakończeniu dawkowania. Zaobserwowano zanik grasicy (zredukowana grasica). Szczególnie zmniejszyła się liczba komórek w obszarze korowym

Znaczenie lecznicze

Hiperplazja neointimy to przemieszczanie się i proliferacja komórek mięśni gładkich do światła naczynia krwionośnego. To generuje nową wewnętrzną strukturę, która może blokować przepływ krwi. Powszechnie uważa się, że powoduje to niepowodzenie interwencyjnych procedur klinicznych, które obejmują umieszczanie stentów i pomostów.

W wyniku zmian typu kanału potasowego komórki mięśni gładkich naczyń zmieniają fenotyp z kurczliwego na proliferujący. Sugeruje się, że Kv1.3 jest ważny w proliferacji mięśni gładkich naczyń . Inhibitory takich kanałów hamują mięśni gładkich naczyń , zwężenie po urazie i hiperplazję neointimy . Badania pokazują, że margatoksyna jest silnym inhibitorem migracji komórek naczyniowych, z IC50 (połowa maksymalnego stężenia hamującego) wynoszącym 85 pM. W tym badaniu stwierdzono również efekt negatywny. W niektórych tętnicach zaobserwowano działanie zwężające naczynia krwionośne, ale podwyższone ciśnienie krwi nie stanowiło istotnego problemu.

Dalsza lektura

•   Knaus, HG; Koch, RO; Eberhart, A; Kaczorowski GJ; Garcia, ML; Ubój, RS (październik 1995). „[125I] margatoksyna, ligand o niezwykle wysokim powinowactwie do kanałów potasowych bramkowanych napięciem w mózgu ssaków”. Biochemia . 34 (41): 13627–34. doi : 10.1021/bi00041a043 . PMID 7577952 .
•    Kupper J, Prinz AA, Fromherz P (luty 2002). „Rekombinowane kanały potasowe Kv1.3 stabilizują toniczne odpalanie hodowanych szczurzych neuronów hipokampa”. Archiwum Pflügera . 443 (4): 541–7. doi : 10.1007/s00424-001-0734-4 . PMID 11907820 . S2CID 12348640 .