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Toxina del escorpión

Las toxinas de escorpión son proteínas que se encuentran en el veneno de los escorpiones . Su efecto tóxico puede ser específico de mamíferos o insectos y actúa uniéndose con diversos grados de especificidad a los miembros de la superfamilia de canales iónicos dependientes de voltaje; específicamente, canales de sodio dependientes de voltaje , canales de potasio dependientes de voltaje [3] y canales de potencial receptor transitorio (TRP). [4] [5] El resultado de esta acción es activar o inhibir la acción de estos canales en los sistemas de órganos nervioso y cardíaco. Por ejemplo, las toxinas de escorpión α MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 de Mesobuthus eupeus son neurotoxinas que se dirigen a los canales de Na+ dependientes de voltaje (Na v s), inhibiendo la inactivación rápida. Los ensayos in vivo de los efectos de MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 en Na v s de mamíferos e insectos muestran una potencia diferencial. Estos recombinantes (MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13) exhiben su afinidad preferencial por los canales de Na+ de mamíferos e insectos en el sitio activo de las toxinas tipo α, el sitio 3, con el fin de inactivar la despolarización de la membrana celular más rápido[6]. La sensibilidad variable de diferentes Na v s a MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 puede depender de la sustitución de un residuo de valina conservado por un residuo de fenilalanina en la posición 1630 de la subunidad LD4:S3-S4 o debido a varios cambios en los residuos en la subunidad LD4:S5-S6 de los Na v s. [6] En última instancia, estas acciones pueden servir para alejar a los depredadores causando dolor (p. ej., a través de la activación de los canales de sodio o canales TRP en neuronas sensoriales) [7] o para someter a los depredadores (p. ej., en el caso de la inhibición de los canales iónicos cardíacos). [8]

La familia incluye toxinas de escorpión de cadena corta y larga relacionadas. También contiene un grupo de inhibidores de proteinasa de las plantas Arabidopsis thaliana y Brassica spp.

Los inhibidores de Brassica napus (colza) y Sinapis alba (mostaza blanca), [9] [10] inhiben la actividad catalítica de la beta-tripsina bovina y la alfa-quimotripsina bovina , que pertenecen a la familia S1 de la peptidasa MEROPS ( InterPro :  IPR001254 ). [11]

Este grupo de proteínas se utiliza ahora en la creación de insecticidas, vacunas y estructuras de ingeniería de proteínas.

Estructura

Se ha deducido la estructura covalente completa de varias de estas toxinas: comprenden alrededor de 66 residuos de aminoácidos que forman una lámina beta antiparalela de tres cadenas sobre la que se encuentra una hélice alfa de aproximadamente tres vueltas. Cuatro puentes disulfuro unen la estructura de las toxinas de cadena larga, mientras que las toxinas cortas contienen solo tres. [12] [13] BmKAEP , un péptido antiepilepsia aislado del veneno del escorpión de Manchuria , [14] muestra similitud con las neurotoxinas del escorpión y las toxinas antiinsectos.

Función

La función molecular de la toxina es inhibir los canales iónicos. Los dos tipos de toxinas del canal de Na+ se pueden dividir en dos grupos (alfa y beta) según sus efectos funcionales. Las toxinas beta (β) cambian la dependencia del voltaje de la activación a potenciales más negativos, lo que hace que el canal tenga más probabilidades de abrirse en potenciales de membrana donde normalmente no se produciría la activación. Las toxinas alfa (α) inhiben el mecanismo de inactivación rápida, prolongando la corriente de Na+ a través del canal. [15] Las toxinas se utilizan en insecticidas , vacunas y andamios de ingeniería de proteínas [ cita requerida ] . Las toxinas se utilizan ahora para tratar a pacientes con cáncer inyectando toxina de escorpión fluorescente en el tejido canceroso para mostrar los límites del tumor [ cita requerida ] . Los genes de la toxina de escorpión también se utilizan para matar plagas de insectos creando hongos hipervirulentos en el insecto a través de la inserción de genes [ cita requerida ] .

Subfamilias

Referencias

  1. ^ PDB : 1PTX ​; Housset D, Habersetzer-Rochat C, Astier JP, Fontecilla-Camps JC (abril de 1994). "Estructura cristalina de la toxina II del escorpión Androctonus australis Hector refinada a una resolución de 1,3 A". Journal of Molecular Biology . 238 (1): 88–103. doi :10.1006/jmbi.1994.1270. PMID  8145259.
  2. ^ Krezel AM, Kasibhatla C, Hidalgo P, MacKinnon R, Wagner G (agosto de 1995). "Estructura de la solución del inhibidor del canal de potasio agitoxina 2: calibrador para sondear la geometría del canal". Protein Science . 4 (8): 1478–89. doi :10.1002/pro.5560040805. PMC 2143198 . PMID  8520473. 
  3. ^ Miller C (julio de 1995). "La familia de péptidos bloqueadores del canal de K+ de la caribdotoxina". Neuron . 15 (1): 5–10. doi : 10.1016/0896-6273(95)90057-8 . PMID  7542463. S2CID  5256644.
  4. ^ Osteen JD, Herzig V, Gilchrist J, Emrick JJ, Zhang C, Wang X, et al. (junio de 2016). "Las toxinas selectivas de las arañas revelan un papel del canal Nav1.1 en el dolor mecánico". Nature . 534 (7608): 494–9. Bibcode :2016Natur.534..494O. doi :10.1038/nature17976. PMC 4919188 . PMID  27281198. 
  5. ^ Lin King JV, Emrick JJ, Kelly MJ, Herzig V, King GF, Medzihradszky KF, Julius D (septiembre de 2019). "Una toxina de escorpión que penetra en las células permite la modulación específica del modo de TRPA1 y el dolor". Cell . 178 (6): 1362–1374.e16. doi :10.1016/j.cell.2019.07.014. PMC 6731142 . PMID  31447178. 
  6. ^ Zhu L, Peigneur S, Gao B, Tytgat J, Zhu S (septiembre de 2013). "Dos toxinas de escorpión recombinantes de tipo α de Mesobuthus eupeus con afinidad diferencial hacia los canales de Na(+) de insectos y mamíferos". Biochimie . 95 (9): 1732–40. doi :10.1016/j.biochi.2013.05.009. PMID  23743216.
  7. ^ Bohlen CJ, Julius D (septiembre de 2012). "Mecanismos de acción de las toxinas que provocan dolor sobre los receptores: ¿cómo?". Toxicon . 60 (3): 254–64. doi :10.1016/j.toxicon.2012.04.336. PMC 3383939 . PMID  22538196. 
  8. ^ Kalia J, Milescu M, Salvatierra J, Wagner J, Klint JK, King GF, et al. (enero de 2015). "De enemigo a amigo: uso de toxinas animales para investigar la función del canal iónico". Revista de biología molecular . 427 (1): 158–175. doi :10.1016/j.jmb.2014.07.027. PMC 4277912 . PMID  25088688. 
  9. ^ Ceciliani F, Bortolotti F, Menegatti E, Ronchi S, Ascenzi P, Palmieri S (abril de 1994). "Purificación, propiedades inhibidoras, secuencia de aminoácidos e identificación del sitio reactivo de un nuevo inhibidor de la serina proteinasa de la semilla de colza (Brassica napus)". FEBS Letters . 342 (2): 221–4. doi :10.1016/0014-5793(94)80505-9. hdl : 2434/208504 . PMID  8143882. S2CID  42407931.
  10. ^ Menegatti E, Tedeschi G, Ronchi S, Bortolotti F, Ascenzi P, Thomas RM, et al. (Abril de 1992). "Purificación, propiedades inhibidoras y secuencia de aminoácidos de un nuevo inhibidor de serina proteinasa de semilla de mostaza blanca (Sinapis alba L.)". Cartas FEBS . 301 (1): 10–4. doi : 10.1016/0014-5793(92)80199-Q . PMID  1451776.
  11. ^ Rawlings ND, Tolle DP, Barrett AJ (marzo de 2004). "Familias evolutivas de inhibidores de peptidasa". The Biochemical Journal . 378 (Pt 3): 705–16. doi :10.1042/BJ20031825. PMC 1224039 . PMID  14705960. 
  12. ^ Kopeyan C, Mansuelle P, Sampieri F, Brando T, Bahraoui EM, Rochat H, Granier C (febrero de 1990). "Estructura primaria de toxinas antiinsectos de escorpión aisladas del veneno de Leiurus quinquestriatus quinquestriatus". FEBS Letters . 261 (2): 423–6. doi : 10.1016/0014-5793(90)80607-K . PMID  2311768. S2CID  40564285.
  13. ^ Gregoire J, Rochat H (1983). "Estructura covalente de las toxinas I y II del escorpión Buthus occitanus tunetanus". Toxicon . 21 (1): 153–62. doi :10.1016/0041-0101(83)90058-2. PMID  6845379.
  14. ^ Zhou XH, Yang D, Zhang JH, Liu CM, Lei KJ (enero de 1989). "Purificación y secuencia parcial N-terminal del péptido antiepilepsia del veneno del escorpión Buthus martensii Karsch". The Biochemical Journal . 257 (2): 509–17. doi :10.1042/bj2570509. PMC 1135608 . PMID  2930463. 
  15. ^ Rowe AH, Xiao Y, Scales J, Linse KD, Rowe MP, Cummins TR, et al. (2011) Aislamiento y caracterización de CvIV4: una toxina de escorpión α que induce dolor. PLoS ONE 6(8): e23520. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023520

Enlaces externos

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