El lolitrem B es una de las muchas toxinas producidas por un hongo llamado Epichloë festucae var. lolii ), que crece en Lolium perenne (raigrás perenne). El hongo es simbiótico con el raigrás; no daña a la planta, y las toxinas que produce matan a los insectos que se alimentan de raigrás. El lolitrem B es una de estas toxinas, pero también es perjudicial para los mamíferos. Los brotes y las flores del raigrás infectado tienen concentraciones especialmente altas de lolitrem B, y cuando el ganado come demasiado de ellos, sufre el escalofrío del raigrás perenne . En dosis bajas, los animales tienen temblores, y en dosis más altas se tambalean, y en dosis aún más altas los animales quedan paralizados y mueren. La presión arterial de los animales también aumenta. El efecto del lolitrem B aparece lentamente y se desvanece lentamente, ya que se almacena en la grasa después de que se come el raigrás. La enfermedad es especialmente común en Nueva Zelanda y Australia, y los cultivadores de plantas de esos lugares han estado intentando desarrollar cepas de hongos que produzcan toxinas dañinas sólo para las plagas, y no para los mamíferos.
El lolitrem B afecta a un tipo de canal iónico llamado canales BK . Estos canales normalmente se abren temporalmente para permitir que las neuronas y otras células sensibles a la electricidad, como algunas células cardíacas, se "reinicien" después de activarse; el lolitrem B los bloquea, impidiendo que la neurona o la célula cardíaca se activen nuevamente. Esto afecta la función nerviosa y cardíaca. El canal también está involucrado en la relajación de los vasos sanguíneos y el bloqueo del canal hace que los vasos sanguíneos se contraigan, lo que aumenta la presión arterial.
La toxina Lolitrem B deriva la primera parte de su nombre ('Loli') del huésped del hongo ( Lolium perenne ), la parte media ('trem') debido a los temblores que se sabe que causa la toxina, y la última parte de su nombre ('B') como parte de una forma de distinguir entre diferentes Lolitrems, en función de su diferencia en la estructura química (ver 'Química').
El lolitrem B se encuentra en el raigrás perenne que ha sido infectado con el hongo E. f. lolii [1] (anteriormente Neotyphodium lolii ). [2] Este hongo es un endófito ; durante parte de su ciclo de vida vive dentro de las plantas, creciendo entre las células vegetales; es más frecuente en el tallo del raigrás . [1] El hongo produce lolitrem B, una de varias micotoxinas que matan plagas pero que también pueden ser neurotoxinas para los mamíferos. [1]
Cuando los animales comen tallos de raigrás infectados con E. f. lolii, sufren una afección llamada temblores del raigrás perenne ; en casos de intoxicación leve, los animales sufren temblores y, en casos de intoxicación grave, se tambalean y colapsan. [1] [3] En los caballos, se observan temblores en los músculos del globo ocular que son más graves durante la alimentación y el ejercicio. [4] El lolitrem B también puede aumentar la frecuencia cardíaca, la presión arterial y la frecuencia respiratoria y alterar el proceso de digestión. [5] [6] Los lolitrems se distinguen entre las neurotoxinas tremorgénicas porque inducen un efecto duradero en la función motora y la frecuencia cardíaca. Los temblores pueden durar horas y, en altas concentraciones, pueden causar la muerte. En los animales, el lolitrem B causa con mayor frecuencia la muerte relacionada con accidentes desafortunados, como la caída en un estanque. Los efectos neurotóxicos pueden revertirse por completo. [7]
El umbral de toxicidad varía entre especies animales: para las ovejas se encontró un valor umbral de 1,8 - 2,0 mg/kg, y para el ganado vacuno 1,55 mg/kg. [3] [7] La medición de la concentración de lolitrem B en el tejido graso se puede utilizar para estimar la cantidad de lolitrem B consumida, y se utiliza para determinar la causa de muerte del ganado que presenta síntomas neurológicos. [6] [8] Es probable que el lolitrem B actúe sinérgicamente con la ergotamina para aumentar la contracción del músculo liso. [9]
E. f. lolii infecta al raigrás en todo el mundo, pero los casos de raigrás perenne son raros fuera de Australia y Nueva Zelanda; las razones de esto no están claras, pero pueden tener que ver con la selección intencionada de raigrás infectado con endófitos por parte de los fitomejoradores, que valoran su resistencia a las plagas que son más frecuentes en Australia y Nueva Zelanda que en otros lugares, y la práctica del monocultivo por parte de los agricultores en esos países. [1]
Los fitomejoradores han estado trabajando con micólogos en Australia y Nueva Zelanda para desarrollar cepas de hongos que producen micotoxinas que son tóxicas para las plagas pero no para los mamíferos. [1] Hasta que estas se establezcan comercialmente, la mejor prevención es evitar que el ganado paste en raigrás cuando los tallos están emergiendo y mientras la planta está floreciendo (las concentraciones son más altas en la inflorescencia madura y en la base de la planta), y evitar el pastoreo excesivo; una vez que termina la exposición al lolitrem B, los síntomas disminuyen gradualmente. [1]
El lolitrem B se elimina rápidamente del suero y tiene una vida media de 14 minutos. [10] El lolitrem B no es muy soluble y, por lo general, se almacena en la grasa después de la ingestión y se libera lentamente; es probable que esta sea la razón por la que sus efectos aparecen lentamente y persisten después de que se ha detenido la ingestión. [1] Cuanto más se ingiera, más se almacenará en la grasa. [11] [12]
El lolitrem B actúa sobre los canales de potasio activados por calcio de gran conductancia ( canales BK ) y, en particular, sobre la subunidad α (hSlo) de los canales BK . [1] Estos canales se abren temporalmente para permitir que las neuronas se "reinicien" después de activarse; el lolitrem B los bloquea, impidiendo que la neurona se active nuevamente después de despolarizarse , lo que en dosis bajas provoca temblores y en dosis altas parálisis y muerte. [1]
Es probable que el sitio de unión de lolitrem B se encuentre en esta subunidad α. [13] [14] Cuando se agrega lolitrem B, la corriente de potasio se elimina rápidamente y esta inhibición no se puede revertir por lavado (esta reversión es posible para la paxilina ). Sin embargo, con el tiempo, lolitrem B se disocia lentamente del sitio de unión. La inhibición por lolitrem B depende de la concentración de calcio. Se encontró que la concentración con la mitad de la inhibición máxima ( CI 50 ) para hSlo era 3,7 ± 0,4 nM. Lolitrem B es una neurotoxina más potente in vitro en comparación con la paxilina . [10] [13] [14]
Lolitrem B bloquea preferentemente la configuración abierta de los canales BK , ya que bajo altas concentraciones de calcio que promueven la apertura de los canales BK , la afinidad aparente aumenta tres veces. [15] [16] La inhibición por lolitrem B y su afinidad difieren con la concentración de calcio. Lolitrem B tiene la mayor afinidad por los canales BK cuando hay una alta probabilidad de una conformación abierta, es decir, cuando el calcio se une a los sitios de alta afinidad. La inhibición ocurre cuando los canales están en un estado abierto. [15]
Los canales BK se oponen a la vasoconstricción en los vasos sanguíneos, lo que produce vasorrelajación. El bloqueo de los canales provoca vasoconstricción y un aumento de la presión arterial. [17] La subunidad α del canal BK se expresa en el tejido muscular y nervioso y los canales BK son abundantes en el cerebro. [18] Los canales BK modulan la liberación de neurotransmisores, la forma del potencial de acción y la activación repetitiva. [19] La inhibición de los canales puede explicar por qué habría una mayor liberación de neurotransmisores excitatorios que da lugar a temblores, ataxia, hipersensibilidad, aumento de la contracción del músculo liso en el colon y un aumento de la frecuencia cardíaca. [5] [9] [20]
El lolitrem B es el miembro más potente de la familia del lolitrem. [1] Posee una unidad indol - diterpénica así como un grupo epóxido reactivo. [21]
Su estructura es similar a la de la paxilina , que es un inductor de temblores relacionado. [22] Existen múltiples lolitrems que están etiquetados con una letra. La diferencia entre ellos es la posición y el número de sustituyentes arilo e hidroxilo , además de la ausencia o presencia de un anillo I. El anillo I parece ser necesario para que se produzcan temblores prolongados. [23] Los metabolitos intermedios como los terpéndoles y la paspalina pueden convertirse en lolitrems mediante la adición de dos anillos (A y B) en la posición C20-C21 a la fracción indólica de la molécula. [24]
La producción de lolitrems, incluido B, requiere 10 genes diferentes [25] en un locus (elLocus LTM ) que está organizado en tres grupos. Estos grupos están separados por grandes secuencias ricas en AT. El grupo 1 contiene los genes ltmG, ltmK y ltmM. El grupo 2 contiene ltmP, ltmF, ltmB, ltmQ y ltmC y el grupo 3 ltmE y ltmJ Cuatro genes del grupo 2 son ortólogos de genes de paxilina caracterizados funcionalmente, lo que significa que los genes muestran secuencias homólogas. Los genes del grupo 3 parecen ser exclusivos delgénero Epichloë . [26] [27] Gran parte de esta investigación sobre la síntesis de lolitrem ha sido realizada por el grupo de Young, incluidos Young et al 2005, 2006 y 2009. Young et al 2009 proporciona predicciones de variación en la capacidad de síntesis de indol-diterpeno entre Epichloë spp. [25]