Vârtej marin

Nemertine neurotoxine

Nemertinii sunt un phylum de viermi marini care folosesc o trompă mare, eversibilă, pentru a-și captura prada.12 Majoritatea nemertinilor sunt locuitori relativ mici și puțin vizibili ai apelor marine de coastă. Astfel, nu este surprinzător faptul că se cunosc mai puțin de o mie de specii. Filumul a fost subîmpărțit în trei grupe principale: hoplonemertinii care posedă un stilet (barbă) al proboscisului capabil să străpungă pielea animalului pradă, paleonemertinii, care sunt considerați a reprezenta cei mai primitivi nemertinii, și heteronemertinii. Paleonemertinii și heteronemertinii se pare că nu dispun de un mijloc de injectare a veninului în prada lor. Deși toxinele hoplonemertinelor sunt folosite în scopuri ofensive și defensive, se crede că celelalte două grupuri își folosesc toxinele pentru a respinge prădătorii.

În 1936, farmacologul belgian Bacq a raportat descoperirea sa întâmplătoare a două tipuri diferite de activitate toxică la nemertini.1 Omogenatele unei hoplonemertine (Amphiporus lactifloreus) au contractat puternic mușchiul scheletic izolat al broaștei și au stimulat ganglionul autonom cervical al pisicii într-un mod similar cu nicotina. Deoarece această activitate biologică a supraviețuit în condiții extrem de alcaline, ea nu ar putea rezulta din acetilcolină, neurotransmițătorul care stimulează în mod normal aceste sinapse. Extractele de paleonemertină și heteronemertină conțineau un alt tip de activitate neurotoxică care, în loc să afecteze celulele sensibile la nicotină, a generat o activitate de tip spiking (potențial de acțiune) în nervii crustaceelor. Acestea sunt, respectiv, numite „amfiporină” și „la nemertină”, iar ambele tipuri de omogenate au provocat convulsii, paralizie și moarte atunci când au fost injectate în crabi de țărm. Deși activitatea „amfiporinei” a traversat cu ușurință o membrană de dializă, activitatea „la nemertinei” a traversat-o doar foarte încet.

Au trecut aproximativ 30 de ani până când toxinele nemertinei au fost reinvestigate. Din fericire, au devenit disponibile multe metode noi de separare și de analiză, facilitând izolarea acestor produse naturale chiar și în cantități relativ mici. Aceste metode au inclus cromatografia pe strat subțire și pe coloană (și mai târziu HPLC), precum și metodele de analiză a aminoacizilor și de secvențiere Edman pentru analiza peptidelor. Prima toxină izolată a fost alcaloidul hoplonemertinei, anabaseina, un compus nicotinoid care posedă un profil biologic și chimic similar cu „amfiporina” lui Bacq.22 Compuși înrudiți, descriși în altă parte, au fost găsiți în alte hoplonemertine.16,19 Au fost evaluate proprietățile farmacologice ale anabaseinei și ale unei varietăți de derivați de anabaseină.25 Unul dintre acești derivați, GTS-21 (numit și DMXBA), stimulează selectiv receptorii alfa7 nicotinici ai acetilcolinei care sunt implicați în funcția cognitivă a creierului și este în prezent supus unor teste clinice.21,26 Heteronemertinii, deși sunt lipsiți de toxine alcaloide, posedă neurotoxine peptidice care se aseamănă cu profilul de activitate al „la nemertinei” lui Bacq, precum și peptide citolitice.16,17

Multe heteronemertinii posedă neurotoxine peptidice, așa cum a fost testat prin capacitatea lor de a paraliza rapid crabii de țărm sau racii de apă dulce.16 Cu toate acestea, singurele toxine heteronemertine care au fost purificate și caracterizate chimic până în prezent au fost obținute din secrețiile mucoase a două specii marine mari (>1-m lungime). Deși Cerebratulus lacteus aparține unei familii de heteronemertine foarte mari (Lineidae) și este larg răspândită la latitudini mai reci atât în Oceanul Atlantic, cât și în Oceanul Pacific, cea mai mare specie, Parborlasia corrugatus, este limitată la Antarctica și la apele reci din apropiere din emisfera sudică.

Neurotoxinele Cerebratulus au dimensiuni moleculare de aproximativ 6000 Da și sunt reticulate prin trei legături disulfidice.18 Acestea au fost denumite inițial toxine „B” deoarece au eluat după o fracțiune peptidică citolitică „A” în timpul cromatografiei pe gel. Sunt cunoscute secvențele foarte asemănătoare ale celor două toxine cele mai abundente și active, B-II și B-IV.5,8 Ambele sunt peptide foarte bazice care conțin un singur reziduu de 4-hidroxiprolină în apropierea extremității N-terminale. Spre deosebire de neurotoxinele peptidice peptidice ale canalelor de sodiu ale scorpionului și ale anemonei de mare, ale căror structuri secundare constau în cea mai mare parte din ramificații B antiparalele, toxinele B sunt lipsite de structura B-sheet, dar bogate în alfa-helix. Structura secundară a B-IV calculată pe baza măsurătorilor de dicroism circular a fost similară cu cea prezisă din secvență.24 Structura în soluție a B-IV a fost în cele din urmă determinată prin metode RMN.13 Două porțiuni lungi de α-helix care apar la pozițiile 11-23 și 34-49 sunt conectate de o buclă formată din două întorsături gamma inverse și o întorsătură beta. Regiunea care cuprinde reziduurile 11-49 constituie o structură elicoidală în ac de păr destul de unică.2

Există rezultate considerabile care implică unele lanțuri laterale de aminoacizi în acțiunea toxică a toxinei B-IV. Studiile inițiale au utilizat o abordare bazată pe modificări chimice și s-au concentrat pe cele câteva reziduuri aromatice (2 tirozilii, 2 triptofanii). Prin manipularea condițiilor reacțiilor, a fost posibilă marcarea diferențiată a acestor reziduuri, prima prin nitrare6 și cea de-a doua prin alchilare.4 Prin testarea biologică a probelor de toxină la diferite grade de modificare, s-a dedus că Tyr 9 și Trp 30 sunt probabil implicate în legarea la receptori, deoarece toxicitatea a fost redusă semnificativ fără modificări ale structurii secundare. Laboratorul lui Blumenthal a folosit ulterior metode de biologie moleculară pentru a exprima B-IV în Escherichia coli și pentru a obține mutanți pentru studii de structură-activitate.14,15 Experimentele inițiale au arătat că înlocuirea hidroxiprolinei din poziția 10 cu Pro nu a afectat activitatea paralitică a racilor, la fel ca și înlocuirea reziduurilor Ala din poziția 3 sau 8 cu serină. De fapt, toxicitatea B-IV a fost sporită prin înlocuirea simultană a serinei la pozițiile 3 și 8. Arg17 a fost implicată în legarea la receptori, deoarece toxicitatea a fost nedetectabilă, deși spectrul CD al toxinei a rămas neschimbat atunci când Glutamina, Ala sau Lys au fost înlocuite în această poziție. Înlocuirea Arg25 cu Lys a redus toxicitatea racilor de 400 de ori.35 Unele dintre lanțurile laterale implicate în toxicitatea B-IV includ lanțurile laterale guanidinilice ale Args 17, 25 și 34 și lanțurile laterale aromatice ale Tyr 9 și Trp 30. A fost destul de surprinzător faptul că aceste reziduuri se găsesc de-a lungul întregii lungimi a unei suprafețe a toxinei.

Cerebratulus B-IV nu este toxic atunci când este injectat intravenos la șoareci, insecte și melci. Cu toate acestea, este extrem de toxică pentru crustacee, în special pentru racii de apă dulce.18 Inițial, crustaceul prezintă tremurături și răsucirea cozii, dar apoi are convulsii cu o contracție masivă a membrelor și a cozii. În câteva minute, paralizia contracturală este urmată de paralizie flască și, în cele din urmă, duce la moarte. Toxicitatea toxinelor Cerebratulus B pare să fie mediată prin acțiunea sa asupra nervilor crustaceelor, deoarece tetrodotoxina blochează în mod eficient acțiunea B-IV asupra preparatelor izolate de mușchi nervoși de raci. La concentrații relativ mari (micromolare), toxina B-IV provoacă, de asemenea, unele repetări repetitive în nervii izolați de crab. Este probabil ca această toxină să activeze o mică populație de canale de sodiu suficientă pentru a genera potențiale de acțiune nervoase spontane care provoacă o eliberare masivă de neurotransmițător excitator la sinapsa neuromusculară.

Lieberman și Blumenthal29 au măsurat legarea toxinei iodate B-IV la membranele preparate din nervi de homar (Homarus vulgaris). Legătura specifică nu a putut fi dislocată de o alfa-toxină de scorpion. Electroforeza pe gel SDS a toxinei marcate radioactiv și reticulate cu proteinele solubilizate ale membranelor nervilor de homar a evidențiat o bandă de 40.000 Da, cu o dimensiune moleculară mai mică decât cea care ar fi fost prevăzută pentru interacțiunea cu subunitatea alfa a canalului de sodiu. Acest lucru sugerează că toxina se poate lega de o subunitate mai mică (β?) a canalului de sodiu sau că interacționează cu o altă proteină de membrană.

Analizele extractelor de la alte heteronemerite aparținând genului Lineus indică faptul că acestea sunt de fapt mai toxice decât extractele de Cerebratulus.16 Dimensiunile moleculare ale acestor peptide toxice sunt de 3000-6000 Da.17 Deși paralizează crustaceele într-un mod care nu se deosebește superficial de toxinele Cerebratulus, toxinele Lineus prelungesc în primul rând durata potențialului de acțiune în neuronii crustaceelor, în timp ce toxina B-IV a Cerebratulus cauzează spiking repetitiv fără a întârzia semnificativ repolarizarea fiecărui potențial de acțiune (Kem, rezultate nepublicate).

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.