Маргатоксин - Margatoxin

Скорпион короткий токсин
Маргатоксин. Выделены дисульфидные связи. PDB 1mtx [1]
Идентификаторы
Символ	Toxin_2
Pfam	PF00451
Pfam клан	CL0054
ИнтерПро	IPR001947
PROSITE	PDOC00875
Доступные белковые структуры: Pfam   структуры / ECOD   PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum резюме структуры

Маргатоксин (MgTX) - это пептид который избирательно подавляет зависимость Kv1.3 от напряжения калиевые каналы. Он содержится в яде Centruroides margaritatus, также известный как среднеамериканский коровой скорпион. Маргатоксин был впервые открыт в 1993 году. Он был очищен от скорпион яд и его аминокислота последовательность была определена.

Структура

Маргатоксин - это пептид из 39 аминокислоты с молекулярный вес 4185 Дальтон. Главная аминокислота последовательность маргатоксина следующая: 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. Есть дисульфидные мостики между Cys 7-Cys29, Cys13-Cys34 и Cys17-Cys36.
Маргатоксин классифицируется как «токсин короткого скорпиона» Pfam, демонстрируя гомологию последовательностей с другими блокаторами калиевых каналов, такими как харибдотоксин (44%), калиотоксин (54%), ибериотоксин (41%) и ноксиустоксин (79%), которые также получают из яда скорпиона.^[2]

Синтез

Маргатоксин - это пептид первоначально очищенный от яда скорпион Centrutoides margaritatus (Среднеамериканский коровой скорпион). Токсины скорпиона специфичны и имеют высокий близость для своих целей, и это делает их хорошими инструментами для характеристики различных рецептор белки, участвующие в ионный канал функционирует. Потому что только небольшое количество естественных токсинов может быть выделено из скорпион Яды, подход химического синтеза был использован для производства белка, достаточного для исследований. Такой подход не только дает достаточно материала для изучения воздействия на калиевые каналы но обеспечивает чистоту, так как токсин, выделенный из яда скорпиона, рискует заражением другими активными соединениями.^[3]

Маргатоксин можно химически синтезировать с использованием твердофазный синтез техника. Соединение, полученное с помощью этой техники, сравнивали с натуральным очищенным маргатоксином. Оба соединения обладали одинаковыми физическими и биологическими свойствами. Химически синтезированный маргатоксин теперь используется для изучения роли каналов Kv1.3.^[2]

Механизм действия

Блоки маргатоксина калиевые каналы Kv1.1 Kv1.2 en Kv1.3. Канал Кв1.2 регулирует нейротрансмиттер релиз, связанный с частотой сердечных сокращений, инсулин секреция, нейронный возбудимость, эпителиальный электролит транспорт, гладкая мышца сжатие иммунологический ответ и объем ячейки. Каналы Kv1.3 выражаются в T и B лимфоциты.^[4] Маргатоксин необратимо подавляет пролиферацию Т-клеток человека в концентрации 20 мкМ. При более низких концентрациях это ингибирование обратимо.

Влияние на сердечно-сосудистую функцию

Маргатоксин значительно снижает внешние токи каналов Kv1.3 и деполяризацию покоя. мембранный потенциал. Это увеличивает время, необходимое для проведения потенциалы действия в клетке в ответ на раздражитель. Ацетилхолин (ACh) играет ключевую роль в активации никотиновый и мускариновый АХ-рецепторы. Маргатоксин влияет никотиновый АХ-рецептор агонист -индуцированный норэпинефрин релиз. После активации мускариновый Рецепторы ACh с бетанехолом, маргатоксин-чувствительный ток подавлялся. Таким образом, был сделан вывод, что Kv1.3 влияет на постганглионарную функцию. симпатические нейроны, поэтому можно предположить, что Kv1.3 влияет на симпатический контроль сердечно-сосудистой функции.^[5]

Подавление иммунной системы

Kv1.3-каналы можно найти в различных клетках, в том числе в T-лимфоциты и макрофаги. Чтобы активировать иммунная реакция в-лимфоцит должен вступить в контакт с макрофаг. В макрофаг затем может произвести цитокины, такие как IL-1, IL-6 и TNF-α. Цитокины сигнальные молекулы клетки, которые могут усилить иммунная реакция. Kv1.3-каналы важны для активации T-лимфоциты, и, следовательно, для активации макрофаги. Нарушение функции Kv1.3-каналов, например, из-за блокировки этих каналов, снизит цитокины производство и лимфоцит пролиферация in vitro. Это приведет к иммунная реакция подавление in vivo.

Kv-каналы регулируются во время пролиферации и регулирования макрофаги и их активность важна во время клеточных реакций. В отличие от лейкоциты которые имеют мономерные каналы Kv1.3, макрофаги имеют гетеротетрамерные каналы Kv1.3 / Kv1.5. Эти гетеротетрамеры играют роль в регуляции мембранный потенциал из макрофаги на разных этапах макрофаг активация лимфоциты. Калиевые каналы участвуют в лейкоциты активация кальцием. Возможные различные конформации этих комплексов Kv1.3 и 1.5 могут влиять на иммунная реакция. Маргатоксин ингибирует каналы Kv1.3, поэтому гетеродимеры не образуются. Эффект маргатоксина аналогичен эффекту DEX. DEX уменьшает количество каналов K1.3 за счет связывания с GC рецептор, что приводит к подавлению экспрессии каналов K1.3. И маргатоксин, и DEX приводят к подавлению иммунитета.^[6]

Воздействие на ионные каналы в лимфоцитах

Ионные каналы играть ключевую роль в лимфоцит передача сигнала. Калиевые каналы необходимы для активации Т-клеток. Фармакологическое ингибирование Калиевые каналы может быть полезен при лечении иммунных заболеваний. В мембранный потенциал оказывает мощное воздействие на лимфоцит активация. Потенциал покоя в первую очередь обусловлен диффузией калия за счет калиевые каналы. Маргатоксин деполяризует покоящиеся Т-клетки человека. Фармакологические исследования показывают, что функциональные калиевые каналы необходимы для активации Т- и В-клеток. Блокаторы KV-каналов подавляют активацию, экспрессию генов, уничтожение цитотоксическими Т-клетками и NK-клетками, лимфокин секреция и разрастание. Блоки маргатоксина митоген -индуцированное распространение, смешанное лимфоцит ответ и секреция интерлейкина-2 и интерферона-гамма (IFN-γ). Это дает наиболее убедительные доказательства роли KV-каналов в митогенезе.^[7]

Токсичность

Маргатоксин может оказывать на организм несколько различных эффектов:^[8]

• Может вызвать раздражение кожи
• Может причинить вред при попадании через кожу
• Может вызвать раздражение глаз
• Может причинить вред при вдыхании
• Материал может вызывать раздражение слизистых оболочек и верхних дыхательных путей.
• Может быть вреден при проглатывании
• Продолжительное или повторяющееся воздействие может вызвать аллергические реакции у некоторых чувствительных людей.
• Может быть смертельным при попадании в кровоток

Хронические эффекты поражают сердце, нервы, легкие, скелет и мышцы.

В средняя смертельная доза (LD50) маргатоксина составляет 59,9 мг / кг, поэтому Centruroides margaritatus укусы не опасны для человека, кроме как в результате возможных анафилактический ответы. Они действительно вызывают боль, местный отек и покалывание в течение 3-4 часов, но никакого вмешательства, кроме облегчения симптомов, не требуется.

Воздействие на животных

Маргатоксин приводит к деполяризация клеток человека и свиньи in vitro.^[9] Блокируя 99% каналов KV1.3, маргатоксин подавляет реакцию пролиферации Т-клеток у мини-свиней. Кроме того, он подавляет ответ В-клеток на аллогенный иммунизация и подавляет реакцию гиперчувствительности замедленного типа на туберкулин.^[9] У свиней белок период полураспада два часа. Когда пептид постоянно вводится, это приводит к диарее и гиперсаливации.^[10] Однако серьезных токсических эффектов у животных не наблюдается. В отличие от случаев, когда концентрация маргатоксина в плазме выше 10 нМ, у свиней наблюдается временная гиперактивность. Это может быть эффект каналов Kv1.1 и Kv1.2 в головном мозге.

Эффективность и побочные эффекты

Kv1.3 уже связан с распространением лимфоциты, гладкие клетки сосудов, олигодендроциты и раковые клетки. Недавние исследования^{[когда? ]} показали, что у Kv1.3-блокаторов, таких как маргатоксин, есть терапевтический потенциал.

При лечении мини-свиней было проведено исследование с применением маргатоксина. Восьмидневное лечение привело к длительному подавлению иммунитета, которое длилось от трех до четырех недель после прекращения приема препарата. Наблюдалась атрофия тимуса (уменьшение тимуса). Особенно уменьшилось количество клеток в области коры головного мозга.^[9]

Лечебное значение

Неоинтимальная гиперплазия это движение и распространение гладкая мышца клетки в просвет кровеносного сосуда. Это создает новую внутреннюю структуру, которая может блокировать кровоток. Обычно считается, что это приводит к неэффективности интервенционных клинических процедур, включающих установку стентов и шунтирования.

В связи с изменениями в калиевый канал тип сосудистой гладкая мышца клетки переключаются с сократительного на пролиферирующий фенотип. Предполагается, что Kv1.3 играет важную роль в пролиферации сосудов. гладкая мышца клетки. Ингибиторы таких каналов подавляют сосудистые гладкая мышца распространение стеноз после травмы, и неоинтимальная гиперплазия. Исследования показывают, что маргатоксин является высокоэффективным ингибитором миграции сосудистых клеток с IC50 (половина максимальной ингибирующей концентрации) 85 пМ. В этом исследовании также был обнаружен отрицательный эффект. В некоторых артериях наблюдались сосудосуживающие эффекты, но повышенное артериальное давление не представляло серьезной проблемы.^[5]

Рекомендации

1. Джонсон Б.А., Стивенс С.П., Уильямсон Дж.М. (декабрь 1994 г.). «Определение трехмерной структуры маргатоксина с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса с тройным резонансом 1H, 13C, 15N». Биохимия. 33 (50): 15061–70. Дои:10.1021 / bi00254a015. PMID  7999764.
2. Гарсия-Кальво М., Леонард Р.Дж., Новик Дж., Стивенс С.П., Шмальхофер В., Качоровски Г.Дж., Гарсия М.Л. (сентябрь 1993 г.). «Очистка, характеристика и биосинтез маргатоксина, компонента яда Centruroides margaritatus, который избирательно подавляет потенциал-зависимые калиевые каналы». Журнал биологической химии. 268 (25): 18866–74. PMID  8360176.
3. Lecomte C, Sabatier JM, Van Rietschoten J, Rochat H (февраль 1998 г.). «Синтетические пептиды как инструменты для исследования структуры и фармакологии короткоцепочечных токсинов скорпионов, действующих на калиевые каналы». Биохимия. 80 (2): 151–4. Дои:10.1016 / с0300-9084 (98) 80021-7. PMID  9587672.
4. KCNA3
5. Cheong A, Li J, Sukumar P, Kumar B, Zeng F, Riches K, Munsch C, Wood IC, Porter KE, Beech DJ (февраль 2011 г.). «Эффективное подавление миграции клеток гладких мышц сосудов и гиперплазии неоинтимы человека с помощью блокаторов каналов KV1.3». Сердечно-сосудистые исследования. 89 (2): 282–9. Дои:10.1093 / cvr / cvq305. ЧВК  3020133. PMID  20884640.
6. Вильялонга Н., Дэвид М., Белянска Дж., Висенте Р., Comes N, Валенсуэла С., Фелипе А. (февраль 2010 г.). «Иммуномодуляция потенциал-зависимых K + каналов в макрофагах: молекулярные и биофизические последствия». Журнал общей физиологии. 135 (2): 135–47. Дои:10.1085 / jgp.200910334. ЧВК  2812499. PMID  20100893.
7. Льюис RS, Cahalan MD (1995). «Калийные и кальциевые каналы в лимфоцитах». Ежегодный обзор иммунологии. 13: 623–53. Дои:10.1146 / annurev.iy.13.040195.003203. PMID  7612237.
8. Паспорт безопасности материала, маргатоксин: sc-3586, Santa Cruz Biotechnology, 2004
9. Ку ГК, Блейк Дж. Т., Таленто А., Нгуен М., Лин С., Сиротина А., Шах К., Малвани К., Хора Д., Каннингем П., Вундерлер Д. Л., Макманус О. Б., Слотер Р., Бугианези Р., Феликс Дж., Гарсия М., Уильямсон Дж. , Качоровски Г., Сигал Н.Х., Спрингер М.С., Фини В. (июнь 1997 г.). «Блокада потенциалзависимого калиевого канала Kv1.3 подавляет иммунные ответы in vivo». Журнал иммунологии. 158 (11): 5120–8. PMID  9164927.
10. Суарес-Курц Г., Вианна-Хорхе Р., Перейра Б.Ф., Гарсия М.Л., Качоровски Г.Дж. (июнь 1999 г.). «Пептидильные ингибиторы Kv1-каналов шейкерного типа вызывают подергивания в подвздошной кишке морской свинки, блокируя kv1.1 в кишечной нервной системе и увеличивая высвобождение ацетилхолина». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии. 289 (3): 1517–22. PMID  10336547.

дальнейшее чтение

• Knaus, HG; Koch, RO; Эберхарт, А; Kaczorowski, GJ; Гарсия, ML; Slaughter, RS (октябрь 1995 г.). «[125I] маргатоксин, лиганд с чрезвычайно высоким сродством к потенциалзависимым калиевым каналам в мозгу млекопитающих». Биохимия. 34 (41): 13627–34. Дои:10.1021 / bi00041a043.
• Куппер Дж., Принц А.А., Фромхерц П. (февраль 2002 г.). «Рекомбинантные калиевые каналы Kv1.3 стабилизируют тоническое возбуждение культивируемых нейронов гиппокампа крысы». Pflügers Archiv. 443 (4): 541–7. Дои:10.1007 / s00424-001-0734-4. PMID  11907820.