Notexin es una toxina producida por la serpiente tigre ( Notechis scutatus ). Es una fosfolipasa A2 (PLA 2 s), miotóxica y presináptica, neurotóxica . [1] Estas son enzimas que hidrolizan el enlace entre la cola de un ácido graso y el glicerol en los ácidos grasos en la posición 2. [2]
El nombre notexina proviene del hecho de que se descubrió por primera vez que esta toxina era el componente principal del veneno de la serpiente tigre . [3] El nombre notexin es, por tanto, una combinación del nombre del género Notechis y la palabra toxina. La serpiente tigre fue descrita por primera vez por Wilhelm Peters en 1861. [4] La toxina fue purificada por primera vez más de cien años después, en 1972, por Karlsson et al . [3] [5] Esto impulsó más investigaciones sobre la notexina. [5] [6]
Notexin consta de una sola molécula. Esta molécula es una cadena monopeptídica de 119 residuos de aminoácidos que están entrecruzados con 7 puentes disulfuro . [7]
La difracción de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura cristalina de la notexina y se ha llegado a la conclusión de que la notexina pertenece al grupo espacial P3121 o P3221 con parámetros de red a = b = 74,6 Å, c = 49,0 Å con un β de 120⁰. Estos datos se encontraron con una resolución de 2,0 Å y tenían un factor R del 16,5%. [8] Para los datos de proteínas, este factor R suele ser del 20%, [9] lo que indica que la estructura cristalina de la notexina está relativamente bien definida.
La estructura supramolecular de la notexina es muy similar a la de otros PLA 2 s. Tanto la notexina como muchos PLA 2 contienen cuatro hélices principales características (las hélices αA, αB, αC y αE) y una hélice corta con extremo carboxilo en su estructura secundaria. Además, el sitio activo parece ser lo suficientemente similar al de otros PLA 2 como para utilizar sus estudios de construcción de modelos cuando se analizan propiedades enzimáticas. Notexin se desvía significativamente de otros PLA 2 debido a las diferentes longitudes de la cadena principal y su conformación en el residuo de aminoácido 69. [8]
El sitio activo de notexina contiene His-48. Este residuo está en estrecho contacto con los oxígenos carboxilato de un residuo de Asp-99, que también está presente en la notexina. [8] Para la mayoría de los PLA 2 , la pared del sitio activo está cubierta con residuos hidrofóbicos. Cuando un par solitario del oxígeno del agua ataca al éster, el residuo His-48 facilita la transferencia de protones y el oxígeno carbonílico de los sustratos posiblemente se fija y estabiliza mediante los grupos NH cargados positivamente en los PLA 2 s. [10]
Notexin es generalmente letal si ingresa al torrente sanguíneo de las ratas. Este efecto letal es el resultado de un bloqueo presináptico de la transmisión a través de las uniones neuromusculares de los músculos respiratorios, provocando asfixia . También se ha demostrado que tiene efectos miotóxicos tras la inyección intravenosa. [8] Los efectos miotóxicos generalmente implican necrosis muscular. [11]
Se propuso (Dixon et al., 1996) [12] que esta miotoxicidad de la notexina es el resultado de la unión de la notexina al sarcolema, causando hipercontracción y, por lo tanto, necrosis muscular como resultado de la ruptura de la membrana entre los lugares de hipercontracción. [12] Sin embargo, la actividad presináptica es mucho más potente, al menos en ratones. [8]
Notexin provoca una reducción indirecta o el fin completo de la liberación de acetilcolina en las terminales nerviosas afectadas. Esta acetilcolina normalmente provoca un potencial de acción y, por tanto, una contracción muscular. Se descubrió que esta reducción de la liberación de acetilcolina fue causada por un reciclaje deficiente de las vesículas sinápticas, ya que se observaron una reducción en el contenido de las vesículas sinápticas y vesículas anormalmente grandes en los tejidos afectados. A esto siguió una contracción de las terminales nerviosas y una disminución de la cantidad de vesículas en estas terminales. [8]
Se desconoce la forma exacta de interacción con la célula, pero se sugiere que la notexina, al igual que otros PLA 2 , interactúa con receptores de proteínas específicos de alta afinidad o dominios lipídicos de baja afinidad de las células musculares y las neuronas motoras. La interacción de la notexina con la membrana plasmática da como resultado la hidrólisis de los fosfolípidos en la membrana celular. [13] Un estudio [14] demostró que sin la actividad PLA 2 , la notexina también tiene efectos dañinos para la membrana, lo que sugiere que la notexina tiene múltiples mecanismos para dañar la membrana celular.
Las membranas celulares se vuelven permeables a los iones y provocan una entrada de Ca 2+ desde el medio extracelular. En las células musculares, la entrada de Ca 2+ provoca una hipercontracción de los miofilamentos, lo que puede provocar daños mecánicos a la membrana plasmática. [12] [13] Las mitocondrias absorberán Ca 2+ , lo que eventualmente conducirá a una funcionalidad mitocondrial reducida. La alta concentración de Ca 2+ en el citosol activa las proteinasas dependientes de Ca 2+ , las calpaínas, [15] y la fosfolipasa A 2 dependiente de Ca 2+ endógena . Las calpaínas degradan los componentes citoesqueléticos de la célula y la fosfolipasa A 2 dependiente de Ca 2+ hidroliza la membrana celular, lo que conduce a una mayor degradación celular y una mayor entrada de Ca 2+ . Llegado un momento el daño es irreversible y se produce la necrosis de la célula. [12] [13]
En las neuronas, la entrada de calcio provoca la liberación de vesículas sinápticas listas para liberarse y del conjunto de vesículas sinápticas de reserva. [13] [16] La investigación [16] demostró que las neuronas, después del tratamiento con notexina, tenían un número muy reducido de vesículas sinápticas. Estos resultados parecen indicar que la notexina inhibe la endocitosis de nuevas vesículas sinápticas, además de la exocitosis como resultado del influjo de Ca2+. [13] [16] [17] Al igual que en las células musculares, el influjo de Ca2+ en las neuronas también conduce a una funcionalidad mitocondrial reducida y a la activación de calpaínas y PLA 2 s endógenos dependientes de Ca 2+ . Esto conduce al mismo daño estructural que en las células musculares. [13]
La investigación experimental también demostró que la notexina tenía efectos nefrotóxicos en ratones. Un estudio [18] demostró que, dependiendo de la dosis, se producía daño tubular y glomerular renal en 24 horas.
No se sabe mucho sobre el metabolismo de la notexina. Sin embargo, los estudios han demostrado que la toxina puede volverse ineficaz mediante anticuerpos específicos. [19] [20] [21] En cierto estudio, los ratones se vuelven resistentes a la notexina, isoformas similares de la toxina y otros venenos del mismo origen. Esto se hizo exponiendo a los ratones a la notexina no desintoxicada. Se descubrió que la parte C-terminal de la cadena peptídica de notexina es el sitio de unión para estos anticuerpos y, por tanto, se sabe que este es el sitio para un dominio antigénico. [19] Otro estudio demostró que al menos algunos de los antígenos que pueden bloquear los efectos de la notexina lo hacen mediante neutralizaciones cruzadas. [20] También se ha demostrado que ciertos anticuerpos tienen diferentes afinidades por diferentes isoformas de notexina. Estas diferentes isoformas ocurren en serpientes que tienen diferentes ubicaciones geográficas. [21] Por lo tanto, no se da el caso de que los anticuerpos contra notexina se unan necesariamente a todas las isoformas de notexina con la misma afinidad.
Notexin causa dolor en el lugar de la picadura seguido de salivación excesiva, debilidad, somnolencia, dificultad para respirar, disminución de la presión arterial y parálisis de los labios, la laringe, la lengua y los músculos faciales. Posiblemente también pueden producirse visión borrosa, ptosis, dolores de cabeza y convulsiones. [22] [23]
No se han realizado investigaciones sobre la reacción de la notexina en humanos, sin embargo, se sabe que tras la inyección de la toxina se producirá daño muscular y mioglobinuria. [12] Los datos han demostrado que la serpiente tigre es una de las principales causas de mordeduras de serpiente en Australia, lo que la convierte en la segunda causa más común de muerte por mordeduras de serpiente. [24]
Se han informado varios resultados sobre los efectos tóxicos de la notexina en roedores. [23] [25] Al inyectar de 1 a 2 μg de toxina pura en el músculo sóleo de una rata, se destruirán todas las fibras musculares. [25] En ratones, la LD 50 es de 0,214 mg/kg cuando se aplica por vía subcutánea y de 0,04 mg/kg cuando se aplica por vía intravenosa. [23] [25] También se han realizado investigaciones sobre las propiedades funcionales y morfológicas de los músculos extensores largos de los dedos (EDL) del ratón en crecimiento después de una inyección de notexina. Tres días después de la inyección se produjo una degradación completa de las fibras y pérdida de la capacidad funcional. Después de diez días, los músculos estaban formados enteramente por fibras que volvían a crecer. [26]
No existe ningún antídoto de notexina disponible en el mercado. Hay dos antídotos generales para la serpiente tigre disponibles que potencialmente podrían funcionar. [27] No se han encontrado estudios sobre la eficacia de los antídotos de la serpiente tigre sobre la notexina.