Сарафотоксин - Sarafotoxin

Атрактаспис ангаденсис
Сарафотоксин А (SRTXa, S6a)
Сарафотоксин A.png
Идентификаторы
Количество CAS
PubChem CID
ChemSpider
Химические и физические данные
ФормулаC105ЧАС156N28О34S5
Молярная масса2514,85 г · моль−1
3D модель (JSmol )

Сарафотоксины (SRTX) - это группа токсины присутствует в яде Атрактаспис ангаденсис, и в клинических испытаниях вызывают симптомы, аналогичные пациентам с диагнозом острый лямблиоз.[1] Вместе с эндотелины (ЭТ), они образуют однородное семейство сильных сосудосуживающих изопептиды. Среди них можно назвать несколько немного разных веществ, таких как SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c, которые первоначально были получены из Атрактаспис ангаденсис. Каждый из них содержит двадцать один аминокислотный остаток, который спонтанно складывается в определенную третичную структуру с двумя межцепочечными цистеиновыми связями (дисульфидные связи ) и длинный гидрофобный хвост.[2] Есть и другие соединения, но в основном это производные от ранее упомянутых. Основные различия в семействе эндотелина и сарафотоксинов проявляются на N-конце пептидов, поскольку C-конец у всех из них почти одинаков.[3]

Сарафотоксин b (SRTXb, S6b)
Сарафотоксин Б.png
Идентификаторы
Количество CAS
PubChem CID
ChemSpider
Химические и физические данные
ФормулаC110ЧАС159N27О34S5
Молярная масса2563,92 г · моль−1
3D модель (JSmol )
Сарафотоксин c (SRTXc, S6c)
Сарафотоксин C.png
Идентификаторы
Количество CAS
ChemSpider
Химические и физические данные
ФормулаC103ЧАС147N27О37S5
Молярная масса2515,76 г · моль−1
3D модель (JSmol )
Схематическое изображение пути сафаротоксина (и эндотелина).

История

В 1989 году, через несколько месяцев после сообщения об открытии и описания структуры эндотелина, были опубликованы последовательности первых сарафотоксинов, SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c. Сходство со структурой эндотелинов вызвало эксперименты, в которых сравнивали обе группы и доказывали их родственную активность у испытуемых.[3]

В том же году (1989 г.) была опубликована статья, описывающая синтез SRTX-b, с анализом сосудосуживающей активности синтезированных соединений. Было доказано, что SRTX-b и ET-1 / ET-3 имеют одни и те же сайты связывания, однако их эффективность варьируется.[4]

Синтез

SRTX в изобилии присутствуют в ядах, тогда как ET присутствуют в низкой концентрации у млекопитающих.[5]

И ET, и SRTX генерируются in vivo протеолитическим расщеплением от более крупных предшественников. Они также могут быть получены путем твердофазного пептидного синтеза и спонтанно сворачиваться. in vitro с высоким выходом в нативные третичные структуры с правильным спариванием дисульфидных связей цистеинов.[6]

Полная последовательность кДНК SRTX включает 1948 пар оснований (п.н.), кодирующих пре-пропополипептид из 543 аминокислот, который начинается с метионина, который инициирует трансляцию, за которым следует гидрофобный пептид, характерный для сигнальной последовательности. Аминокислотная последовательность включает одну последовательность из 39 аминокислотных остатков, за которой следуют 11 последовательностей из 40 остатков, каждая из которых содержит одну последовательность SRTX, которой предшествуют 19 спейсерных аминокислот. Изоформа SRTX-c является наиболее распространенной в яде, а также является изоформой с наибольшим числом копий (всего пять) в предшественнике.[5]

Метаболизм

В случае связывания ET / SRTX с рецепторами и образования комплексов рецептор-лиганд в различных тканях наблюдается очень медленный темп диссоциации. В экспериментах, проведенных на крысах, полупериод SRTX-b в подвздошной кишке составляет около 7 минут (по сравнению с 2 часами в случае ET-3), тогда как в мозжечке t1/2 значения составляют более 2–3 часов для обоих, SRTX-b и ET-1, в то время как в случае ET-3 скорость диссоциации незначительна.[7]

Йодированный SRTX-связывание специфически связывается с препаратами предсердных мембран с максимальной связывающей способностью 110 фмоль на мг белка и константой диссоциации (KD) 3–5 нМ.[8] SRTX-a, SRTX-b и STRX-c ингибируют связывание йодированного SRTX-b в предсердии при средних ингибирующих концентрациях (IC50) 30, 25 и 100 нМ соответственно. Другие эксперименты по связыванию также показали, что 125I-SRTX-b распознает сайты в мозжечке крысы KD = 3,5 нМ и коры головного мозга KD= 0,3 нМ.[9]

Кроме того, было показано, что:

  • 1. Мобилизация внутриклеточного Ca2+ ионов тесно связано с биологической активностью сарафотоксинов;
  • 2. Блокаторы, специфичные для Ca2+ каналы, такие как верапамил или нинодипин, не влияют на связывающую способность 125I-SRTX-b;
  • 3. Гидролиз фосфоинозитидов индуцируется связыванием SRTX.[10]

Приведенные выше характеристики предполагают, что сарафотоксины (и эндотелины) используют путь передачи сигнала фосфоинозитидов через специфические рецепторы, связанные с G-белком, который, по-видимому, активирует фосфолипазы типа C и D.[11][12] Однако отдельные и широко распространенные подтипы гликозилированных рецепторов функционально распознаются SRTX и ET.[13][14] Поскольку все три изоформы эндотелинов и сарафотоксинов взаимодействуют с одинаковым сродством, ETB-R кажется менее избирательным, чем ETА-R. Тем не менее, вариабельное тканевое распределение сайтов связывания эндотелина и различные биологические эффекты, демонстрируемые в разных органах, указывают на возможность существования других подтипов рецепторов эндотелина / сарафотоксина.[15] Следовательно, способность египетского мангуста противостоять очень высоким концентрациям SRTX-b может быть связана с наличием дополнительного семейства сайтов связывания, расположенных в сердечно-сосудистой ткани, дифференцирующих ET-1 и SRTX-b.[16]

Механизм действия

Сарафотоксины обладают очень высокой структурной и функциональной гомологией с ET и, таким образом, активируют рецепторы эндотелина, рецептор эндотелина типа А (ETА) и рецептор эндотелина типа B (ETB). Эти рецепторы Рецепторы, связанные с G-белком.[17] ETB рецепторы связывают ET и SRTX с небольшой селективностью, тогда как ETА рецепторы проявляют большее сродство к ЕТ-1, ЕТ-2 и SRTX-b, чем к ЕТ-3 и SRTX-c.[18] C-конец, особенно Trp21 имеет решающее значение для высокого связывания с ETА и ETB.[19]

Активация этих рецепторов приводит к увеличению содержания свободного внутриклеточного кальция. ETА рецепторы опосредуют вазоконстрикцию и пролиферацию клеток и ЭТB рецепторы важны для высвобождения оксида азота (вазодилатация) и простациклина и ингибирования Фермент, превращающий эндотелин (ECE), который синтезирует ET-1. Увеличивая вазоконстрикцию, сарафотоксины вызывают сужение бронхов, повышая сопротивление дыхательных путей. Бронхоспазм также вызван дисфункцией левого желудочка, вызванной SRTX. Нарушается релаксация левого желудочка, что может вызвать повышение гидростатического давления микрососудов в легких, что, в свою очередь, приведет к отеку легких, сужающему бронхи.[20]

Фармакология

В тесте на кроликах значительное улучшение защиты от аритмических эффектов и уменьшение размера инфаркта наблюдалось после введения экзогенного SRTX-c (в дозе 0,24 нмоль / кг, в / в) перед аварией коронарной окклюзии. Это было достигнуто благодаря способности SRTX-c активировать выбранный ET.B рецепторы.[21]

В грудной аорте крысы сократительная активность сгруппирована следующим образом: ET-1> SRTX-b> SRTX-a> SRTX-c при более низких концентрациях, но SRTX-b> ET-1> SRTX-a> SRTX-c при более высоких концентрациях. концентрации.

Внутриартериальные инъекции SRTX-b вызывают дозозависимое повышение перфузионного давления в дозах от 30 до 300 пмоль. Вазоконстрикторная активность SRTX-b менее заметна, чем у ET-1 при дозах ниже 100 пмоль, тогда как при дозе 300 пмоль активность SRTX-b выше, чем у ET-1. Время, необходимое для восстановления перфузионного давления до исходного уровня после болюсной инъекции 300 пмоль SRTX-b, короче, чем у ET-1.

Пороговая доза вазоконстриктора SRTX-a в 3 раза больше, чем SRTX-b. При дозе 300 пмоль повышение перфузионного давления из-за SRTX-a примерно в 8 раз меньше, чем у SRTX-b. SRTX-c демонстрирует слабую вазоконстрикцию, вызывающую очень небольшое повышение перфузионного давления.[22]

Токсичность

SRTX-b и SRTX-a очень летальны и вызывают остановку сердца и смерть у мышей в течение нескольких минут после внутривенного введения, LD50 для мышей было обнаружено около 0,015 мг / кг массы тела и LD50 0,3 мг / кг в случае SRTX-c.[8][23][24]

Последствия

У людей есть местные эффекты, которые проявляются в течение нескольких минут: отек, эритема и онемение, за которыми следуют системные эффекты, которые включают общую слабость, потоотделение, бледность, колебания уровня сознания, рвоту, водянистую диарею без крови, высокое кровяное давление, печень повреждение, кровотечение, одышка, гипоксия, гиперкапния и нарушения сердечной деятельности.[25]

Сообщения о сердечных заболеваниях описывают удлиненный интервал P-R и изменения в сегменте S-T. Сердечные расстройства могут быть вызваны либо прямым воздействием яда на сердце, либо гипоксией, вызванной респираторными нарушениями.[26]

Воздействие на животных

У мышей и крыс: было показано, что Сарафотоксин оказывает три независимых эффекта на сердце как мыши, так и крысы, быстрое и выраженное сужение сосудов коронарных сосудов, тяжелую атриовентрикулярную блокаду и более медленный, но очень сильный положительный инотропный эффект. Он также связывается с высоким сродством с мембранами предсердий и головного мозга, вызывая гидролиз фосфоинозитидов в этих тканях.

В исследовании влияния сарафотоксина-b на респираторные свойства было обнаружено заметное увеличение сопротивления дыхательных путей. Вероятно, это было вызвано бронхоспазмом. Бронхоспазм возник из-за сужения гладких мышц и утолщения стенки дыхательных путей из-за перибронхиального отека. Этот перибронхиальный отек, вероятно, вызван нарушением релаксации левого желудочка, повышением гидростатического давления микрососудов. Подтверждая эту теорию отека, в ходе исследования в канюлях трахеи после инъекции сарафотоксина было обнаружено обильное пенистое выделение жидкости.[27]

В том же исследовании были обнаружены заметные нарушения газообмена и кислотно-щелочного равновесия после инъекции токсина. Острая гипоксемия возникла из-за сужения бронхов и отека легких. Гипоксемия была связана с метаболическим ацидозом, а увеличение анионной щели могло быть связано с повышением содержания лактатов в крови, вызванным гипоксией. Также отмечалось снижение PCO₂, что можно объяснить снижением сердечного выброса. уменьшение транспорта углекислого газа в легкие.

Исследования и клиническое использование

Лауэр-Филдс и др. (2007), используют усеченный на С-конце SRTX-b, чтобы действовать как ингибитор матричной металлопротеиназы. Удаление С-конца устраняет его токсическую вазопрессивную активность, а также активность ингибитора матриксной металлопротеиназы, однако с дальнейшими заменами аминокислот ингибирующая активность матриксной металлопротеиназы восстанавливается и усиливается. Этот модифицированный сарафотоксин полезен для лечения некоторых патологических состояний, включая артрит, сердечно-сосудистые заболевания и опухолевые клетки метастаз.[6]

Рекомендации

  1. ^ Solarczyk P, Majewska A (2015). «Последствия таксономических противоречий и генетического разнообразия лямблий». Проблемы Игии и Эпидемиологии. 96 (3): 540–546.
  2. ^ Nayler WG, Gu XH, Casley DJ (май 1989 г.). «Сарафотоксин S6c является относительно слабым вытеснителем специфически связанного 125I-эндотелина». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 161 (1): 89–94. Дои:10.1016 / 0006-291x (89) 91564-7. PMID  2543414.
  3. ^ а б Клоог Ю., Соколовский М. (июнь 1989 г.). «Сходство в способе и участках действия сарафотоксинов и эндотелинов». Тенденции в фармакологических науках. 10 (6): 212–4. Дои:10.1016/0165-6147(89)90261-7. PMID  2549664.
  4. ^ Накадзима К., Кумагайе С., Нишио Х., Курода Х., Ватанабе, Техас, Кобаяши Ю. и др. (1989-01-01). «Синтез аналогов эндотелина-1, эндотелина-3 и сарафотоксина S6b: взаимосвязь структура-активность». Журнал сердечно-сосудистой фармакологии (на японском языке). 13 Дополнение 5 (ПРИЛОЖЕНИЕ 5): S8–12, обсуждение S18. Дои:10.1097/00005344-198900135-00004. PMID  2473333. S2CID  39934983.
  5. ^ а б Ducancel F (декабрь 2005 г.). «Эндотелиноподобные пептиды». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 62 (23): 2828–39. Дои:10.1007 / s00018-005-5286-х. PMID  16261262. S2CID  22884824.
  6. ^ а б Лауэр-Филдс JL, Cudic M, Wei S, Mari F, Fields GB, Brew K (сентябрь 2007 г.). «Разработанные сарафотоксины в качестве тканевого ингибитора металлопротеиназ-подобных ингибиторов матричной металлопротеиназы». Журнал биологической химии. 282 (37): 26948–55. Дои:10.1074 / jbc.M611612200. PMID  17626018.
  7. ^ Соколовский М (1992). «Эндотелины и сарафотоксины: физиологическая регуляция, подтипы рецепторов и трансмембранная передача сигналов». Фармакология и терапия. 54 (2): 129–49. Дои:10.1016/0163-7258(92)90030-4. PMID  1438530.
  8. ^ а б Kloog Y, Ambar I, Sokolovsky M, Kochva E, Wollberg Z, Bdolah A (октябрь 1988 г.). «Сарафотоксин, новый сосудосуживающий пептид: гидролиз фосфоинозитидов в сердце и мозге крыс». Наука. 242 (4876): 268–70. Bibcode:1988Научный ... 242..268K. Дои:10.1126 / science.2845579. PMID  2845579.
  9. ^ Амбар И., Клоог Ю., Кочва Е., Воллберг З., Бдола А., Орон Ю., Соколовский М. (декабрь 1988 г.). «Характеристика и локализация нового нейрорецептора пептида сарафотоксина». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 157 (3): 1104–10. Дои:10.1016 / с0006-291x (88) 80987-2. PMID  3207419.
  10. ^ Ducancel F (ноябрь 2002 г.). «Сарафотоксины». Токсикон. 40 (11): 1541–5. Дои:10.1016 / S0041-0101 (02) 00159-9. PMID  12419504.
  11. ^ Сакураи Т., Янагисава М., Масаки Т. (март 1992 г.). «Молекулярная характеристика рецепторов эндотелина». Тенденции в фармакологических науках. 13 (3): 103–8. Дои:10.1016/0165-6147(92)90038-8. PMID  1315462.
  12. ^ Галрон Р., Клоог Ю., Бдолах А., Соколовский М. (январь 1990 г.). «Различные пути эндотелин / сарафотоксин-стимулированного гидролиза фосфоинозитидов в миоцитах». Европейский журнал фармакологии. 188 (1): 85–8. Дои:10.1016 / 0922-4106 (90) 90251-р. PMID  2155126.
  13. ^ Соколовский М. (июль 1991 г.). «Эндотелины и сарафотоксины: физиологическая регуляция, подтипы рецепторов и трансмембранная передача сигналов». Тенденции в биохимических науках. 16 (7): 261–4. Дои:10.1016 / 0968-0004 (91) 90100-а. PMID  1656557.
  14. ^ Давенпорт А. П., Хоскинс С. Л., Кук Р. Е., Пламптон С. (ноябрь 1996 г.). «Дифференциальное распределение пептидов и рецепторов эндотелина в надпочечниках человека». Гистохимический журнал. 28 (11): 779–89. Дои:10.1007 / BF02272151. PMID  8968730. S2CID  24398556.
  15. ^ Соколовский М, Амбар И, Галрон Р (октябрь 1992). «Новый подтип рецепторов эндотелина». Журнал биологической химии. 267 (29): 20551–4. PMID  1400372.
  16. ^ Bdolah A, Kochva E, Ovadia M, Kinamon S, Wollberg Z (август 1997 г.). «Устойчивость египетского мангуста к сарафотоксинам». Токсикон. 35 (8): 1251–61. Дои:10.1016 / s0041-0101 (97) 00019-6. PMID  9278974.
  17. ^ Люшер Т.Ф., Бартон М. (ноябрь 2000 г.). «Эндотелины и антагонисты рецепторов эндотелина: терапевтические соображения для нового класса сердечно-сосудистых препаратов». Тираж. 102 (19): 2434–40. Дои:10.1161 / 01.CIR.102.19.2434. PMID  11067800.
  18. ^ Коди В.Л., Доэрти А.М. (01.01.1995). «Разработка сильнодействующих пептидных агонистов и антагонистов рецепторов эндотелина». Биополимеры. 37 (2): 89–104. Дои:10.1002 / bip.360370205. PMID  7893949. S2CID  21638374.
  19. ^ Грей GA, Уэбб DJ (1996). «Эндотелиновая система и ее потенциал в качестве терапевтической мишени при сердечно-сосудистых заболеваниях». Фармакология и терапия. 72 (2): 109–48. Дои:10.1016 / s0163-7258 (96) 00101-5. PMID  8981573.
  20. ^ Лал Х, Вудворд Б., Уильямс К.И. (июнь 1995 г.). «Действие эндотелина и сарафотоксина 6c в изолированном перфузируемом легком крысы». Британский журнал фармакологии. 115 (4): 653–9. Дои:10.1111 / j.1476-5381.1995.tb14982.x. ЧВК  1908493. PMID  7582486.
  21. ^ Дас Б., Саркар С., Шанкар П.Р. (август 2007 г.). «Предварительная обработка сарафотоксином 6c до коронарной окклюзии защищает от инфаркта и аритмий за счет активации митохондриального K (АТФ) канала кардиомиоцитов в интактном сердце кролика во время ишемии / реперфузии». Сердечно-сосудистые препараты и терапия. 21 (4): 243–51. Дои:10.1007 / s10557-007-6031-5. PMID  17520332. S2CID  20977122.
  22. ^ Китадзуми К., Шиба Т., Нишики К., Фурукава Ю., Такасаки К., Тасака К. (январь 1990 г.). «Взаимосвязь структура-активность в сосудосуживающих эффектах сарафотоксинов и эндотелина-1». Письма FEBS. 260 (2): 269–72. Дои:10.1016/0014-5793(90)80120-8. PMID  2404800. S2CID  85117270.
  23. ^ Такасаки С., Тамия Н., Бдола А., Воллберг З., Кочва Е. (1 января 1988 г.). «Сарафотоксины S6: несколько изотоксинов из яда Atractaspis engaddensis (роющий жерех), которые влияют на сердце». Токсикон. 26 (6): 543–8. Дои:10.1016/0041-0101(88)90234-6. PMID  3176048.
  24. ^ Mahjoub Y, Malaquin S, Mourier G, Lorne E, Abou Arab O, Massy ZA и др. (2015-07-15). «Короткие и длинные Сарафотоксины: два структурно родственных змеиного токсина с очень разными гемодинамическими эффектами in vivo». PLOS ONE. 10 (7): e0132864. Bibcode:2015PLoSO..1032864M. Дои:10.1371 / journal.pone.0132864. ЧВК  4503772. PMID  26176218.
  25. ^ Курник Д., Хавив Ю., Кочва Е. (январь 1999 г.). «Укус змеи, совершенный роющим жерехом Atractaspis engaddensis». Токсикон. 37 (1): 223–7. Дои:10.1016 / S0041-0101 (98) 00166-4. PMID  9920494.
  26. ^ Вайзер Э., Воллберг З., Кохва Э., Ли С.И. (1984-01-01). «Кардиотоксические эффекты яда роющего жереха, Atractaspis engaddensis (Atractaspididae, Ophidia)». Токсикон. 22 (5): 767–74. Дои:10.1016/0041-0101(84)90159-4. PMID  6523505.
  27. ^ Malaquin S, Bayat S, Abou Arab O, Mourier G, Lorne E, Kamel S и др. (Июль 2016 г.). «Респираторные эффекты сарафотоксинов из яда различных видов змей рода Atractaspis». Токсины. 8 (7): 215. Дои:10.3390 / токсины8070215. ЧВК  4963848. PMID  27409637.