Marine Worm

Nemertine Neurotoxins

Nemertines は、大きな反転する口吻を使って獲物を捕らえる海虫類である。12 ほとんどのNemertinesは比較的小さな、海洋沿岸の目立たない生息地である。 そのため、1000種以下しか知られていないのも不思議ではない。 この門は、獲物の皮膚に穴をあけることができる口吻を持つホプロネマティネス、最も原始的なネマティネスとされるパレオネマティネス、そしてヘテロネマティネスの3つに大別される。 PaleonemertinesとHeteronemertinesは獲物に毒を注入する手段を持たないようである。 1936年にベルギーの薬学者Bacqがネメルティンに2種類の毒性があることを偶然発見し,報告した1。 ホップロンメルチン(Amphiporus lactifloreus)のホモジネートはカエルの骨格筋を収縮させ、ネコの頸部自律神経節をニコチンに似た刺激で強く刺激することがわかった。 この生物学的活性は高アルカリ性条件下でも維持されたので、通常これらのシナプスを刺激する神経伝達物質であるアセチルコリンに起因するものではないと思われる。 パレオネメルチンやヘテロネメルチンの抽出物には、ニコチン応答性細胞に影響を与えるのではなく、甲殻類神経にスパイク(活動電位)活動を発生させる、異なるタイプの神経毒活性が含まれていた。 これらはそれぞれ「アンフィポリン」「ラネメルチン」と呼ばれ、どちらのタイプのホモジネートも、海岸のカニに注射すると、痙攣、麻痺、死亡を引き起こした。 アンフィポリン」の活性は透析膜を容易に通過したが、「ラ・ネメルティン」の活性は非常にゆっくり通過しただけであった

ネメルティン毒素が再調査されるまで約30年経過した。 幸いなことに、多くの新しい分離・分析法が利用できるようになり、比較的少量でもこれらの天然物の単離が容易になった。 薄層クロマトグラフィーやカラムクロマトグラフィー(後にHPLC)、アミノ酸分析、エドマンシーケンス法によるペプチド分析などがそれである。 最初に単離された毒素はホプロネメルチンアルカロイドのアナバシンであり、Bacqの「アンフィポリン」に類似した生物学的・化学的プロフィールを持つニコチノイド化合物である22。 アナバシンや様々なアナバシン誘導体の薬理特性が評価されている25。これらの誘導体の一つであるGTS-21(DMXBAとも呼ばれる)は、認知脳機能に関与するα7ニコチン性アセチルコリン受容体を選択的に刺激し、現在臨床試験中である21,26。 ヘテロネメルティンはアルカロイド毒を持たないが、Bacqの「la nemertine」の活性プロファイルに似たペプチド神経毒や、細胞溶解ペプチドを持っている16,17

多くのヘテロネメルティンは、急速に海岸カニや淡水ザリガニを麻痺させる能力によって測定されるペプチド神経毒を保有している16.17。 しかし,これまでに精製され,化学的特性が明らかにされたヘテロネメルティン毒素は,2種の大型(>体長1m)海洋生物種の粘膜分泌物から得られたものだけであった。 Cerebratulus lacteusは非常に大きなヘテロネメルティン科(Lineidae)に属し,大西洋と太平洋の両方の寒冷な緯度に広く分布しているが,最大種のParborlasia corrugatusは南極や南半球の近海に限られている。

セレブラトラスの神経毒は分子サイズが約6000 Daであり,三つのジスルフィド結合で架かっている18. これらは,ゲルクロマトグラフィーで細胞分解ペプチドA画分の後に溶出することから,当初はB毒素と呼ばれていた. B-IIとB-IVの2つの毒素は,非常によく似た配列をしていることが知られている5,8. B毒素は,サソリやイソギンチャクのペプチドナトリウムチャネル神経毒のように,ほとんどが逆平行のB-ストランドからなる二次構造とは異なり,B-シート構造はなく,α-ヘリックスに富んでいる. B-IVの溶液構造はNMRによって決定された13。11-23位と34-49位に生じる2本の長いα-helixは、2つの逆γ-ターンとβ-ターンからなるループによって連結されていた。 11位から49位までの領域は、かなりユニークならせん状のヘアピン構造を構成している2

トキシンB-IVの毒性作用にいくつかのアミノ酸側鎖が関与していることを示すかなりの結果が利用可能である。 初期の研究では、化学修飾のアプローチを用い、少数の芳香族残基 (2 つのチロシル、2 つのトリプトファニル) に焦点を当てました。 反応条件を工夫することで、前者はニトロ化6、後者はアルキル化4と、これらの残基を区別して標識することができた。修飾度を変えた毒素サンプルのバイオアッセイにより、二次構造の変化なしに毒性が著しく低下したことから、Tyr 9とTrp 30が受容体結合に関与していると推察されるようになった。 最初の実験では、10位のヒドロキシプロリンをProに置換してもザリガニの麻痺活性には影響がなく、3位と8位のAla残基をセリンに置換しても影響がないことが示された。 実際、B-IVの毒性は3位と8位を同時にセリンに置換することにより増強された。 Arg17は毒性が検出されないことから,受容体結合に関与していると考えられたが,この位置にグルタミン,Ala,Lysを置換しても毒素CDスペクトルは変化しなかった. B-IVの毒性に関係する側鎖としては、Arg17、25、34のグアニジニル側鎖、Tyr9とTrp30の芳香族側鎖が挙げられる。

Cerebratulus B-IVはマウス,昆虫,カタツムリに静脈内注射しても毒性はない. しかし、甲殻類、特に淡水ザリガニには極めて強い毒性を示す18。最初、甲殻類は震えと尾の反転を示すが、その後、四肢と尾の大規模な収縮を伴う痙攣を起こす。 数分以内に収縮麻痺に続いて弛緩麻痺が起こり、最終的には死に至る。 セレブラトルスB毒素の毒性は,テトロドトキシンが単離ザリガニ神経筋標本に対するB-IVの作用を有効に阻害することから,甲殻類神経への作用を介するものと思われる。 また,比較的高濃度(マイクロモル)で,B-IV 毒素は単離カニ神経に反復スパイクを引き起こした。

Lieberman と Blumenthal29 は,ロブスター (Homarus vulgaris) の神経から調製した膜へのヨウ素化毒素 B-IV の結合を測定した. この特異的結合はサソリのα-毒素では解除されなかった。 ロブスター神経膜タンパク質に架橋された放射能標識毒素のSDSゲル電気泳動では、ナトリウムチャネルαサブユニットとの相互作用から予測されるよりも小さな分子サイズの40,000-Daバンドが検出された。 このことは,この毒素がナトリウムチャネルのより小さな(β?)サブユニットに結合するか,他の膜タンパク質と相互作用することを示唆している。

Lineus 属に属する他の heteronemertine からの抽出物の分析では,Cerebratulus の抽出物よりも実際に毒性が高いことが示されている16。 表面的にはCerebratulus毒素と区別がつかないほど甲殻類を麻痺させるが,Lineus毒素は甲殻類ニューロンの活動電位持続時間を主に延長させるのに対し,Cerebratulus毒素B-IVは各活動電位の再分極を著しく遅延させずに反復スパイクさせる(Kem,未発表)

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