Estructura de RMN ( PDB : 1OAV ) de la omega-agatoxina IVA. La estructura principal del péptido se representa mediante un diagrama de dibujos animados curvo, mientras que las cadenas laterales de aminoácidos se representan mediante barras con tapa. Los átomos de carbono están coloreados en gris, el nitrógeno en azul, el oxígeno en rojo y los átomos de azufre en amarillo.
Las agatoxinas son una clase de toxinas poliamínicas y peptídicas químicamente diversas que se aíslan del veneno de varias arañas. Su mecanismo de acción incluye el bloqueo de los canales iónicos dependientes del glutamato , los canales de sodio dependientes del voltaje o los canales de calcio dependientes del voltaje . La agatoxina recibe su nombre de la araña de tela en embudo ( Agelenopsis aperta ), que produce un veneno que contiene varias agatoxinas. [1] Existen diferentes agatoxinas. Las ω-agatoxinas tienen aproximadamente 100 aminoácidos de longitud y son antagonistas de los canales de calcio sensibles al voltaje y también bloquean la liberación de neurotransmisores. Por ejemplo, la ω-agatoxina 1A es un bloqueador selectivo y bloqueará los canales de calcio de tipo L, mientras que la ω-agatoxina 4B inhibirá los canales de calcio de tipo P sensibles al voltaje. Las μ-agatoxinas solo actúan sobre los canales de sodio dependientes del voltaje de los insectos. [2]
Aislamiento
El veneno de la Agelenopsis aperta se encuentra en dos glándulas, situadas en las bases de los dos colmillos. La eyección del veneno se produce mediante la contracción de los músculos circundantes. Para obtener este veneno, la araña es ordeñada mediante estimulación eléctrica. El veneno crudo se disuelve en un plasma con EDTA para evitar la proteólisis. La purificación de la agatoxina se realiza mediante un procedimiento de HPLC . [3] [4]
Estructura
Las agatoxinas se pueden dividir en tres subclases estructurales principales: [1]
Alfa-agatoxinas
Las alfa-agatoxinas están compuestas de poliaminas que están unidas a una fracción aromática (véase por ejemplo AG 489 ).
Mu-agatoxinas
Las mu-agatoxinas son péptidos amidados en el extremo C, que constan de 35-37 aminoácidos y están restringidos por cuatro enlaces disulfuro intramoleculares .
Omega-agatoxinas
Las omega-agatoxinas a su vez se subdividen en cuatro clases según sus estructuras primarias, propiedades bioquímicas y especificidad de los canales de calcio. [1]
En varias de las omega-agatoxinas se contienen uno o más D-aminoácidos que se producen a partir de L-aminoácidos a través de la acción de las péptido isomerasas. [5]
Objetivos moleculares
Alfa-agatoxina: bloquea los canales receptores activados por glutamato en las terminales postsinápticas neuronales de insectos y mamíferos. La alfa-agatoxina tiene una función antagónica en los mamíferos, incluidos los receptores NMDA y AMPA .
Mu-agatoxina: es un modificador específico de los canales de sodio (canales de sodio activados por voltaje presinápticos) en la articulación neuromuscular de un insecto. La mu-agatoxina no tendrá ningún efecto en otras especies.
Omega-agatoxina: en general, los tipos IA y IIA afectan los canales de calcio de los insectos, mientras que los tipos IIIA y IVA afectan los canales de calcio de los vertebrados. Existen dos grupos principales dentro de los canales de calcio activados por voltaje: el canal de calcio activado por alto voltaje y el canal de calcio activado por bajo voltaje. [6] Los canales de calcio activados por bajo voltaje se activan con una despolarización menor y muestran una inactivación rápida dependiente del voltaje. Los canales activados por alto voltaje se activan con una despolarización mayor y se inactivan más lentamente. La ω-agatoxina solo bloquea los canales de calcio de tipo P / Q que son activados por voltaje. [1]
Los tipos IA y IIA bloquean los canales de calcio presinápticos en las terminales presinápticas de la unión neuromuscular de los insectos. Por lo tanto, el tipo IIA también puede bloquear los canales de calcio presinápticos en la unión neuromuscular de los vertebrados.
El tipo IIIA bloquea la corriente iónica de tipo L en las células del miocardio. También bloquea otros canales de calcio neuronales, incluidos los canales de calcio de tipo N , P/Q y R.
El tipo IVA tiene una alta afinidad y especificidad por los canales de calcio de tipo P y Q. [1]
Mecanismo de acción
Alfa-agatoxina - Al inyectar alfa-agatoxina en la unión neuromuscular se bloquea el canal de glutamato activado post-unión y, por lo tanto, el potencial excitatorio de unión (EJP). Esto solo tendrá lugar si la sinapsis se activa durante la exposición a la toxina. Cuando ya hay un EJP, se reducirá rápidamente. Si la toxina se aplica sin ninguna actividad sináptica, no habrá bloqueo. La velocidad de recuperación del EJP será más lenta cuando esté presente el neurotransmisor glutamato.
Mu-agatoxina: la modificación de los canales de sodio aumenta la sensibilidad de estos canales y, por lo tanto, el umbral de excitación se desplaza hacia abajo. Esto da como resultado una mayor probabilidad de que los canales de sodio se abran, lo que conduce a la despolarización. Se producirá la entrada de calcio y, debido a la mayor frecuencia de las corrientes postsinápticas excitatorias espontáneas, se producirá la liberación de neurotransmisores. Se establecerán potenciales de acción repetitivos de las neuronas motoras.
Omega-agatoxina: en general, la ω-agatoxina bloquea los canales de calcio presinápticos, por lo que se reduce el flujo de calcio. Esto da como resultado una menor liberación de neurotransmisores en la hendidura sináptica. Existen varios subtipos que pueden interferir entre sí y hacer que el bloqueo sea un proceso dinámico. Cuando la ω-agatoxina-IA y la ω-agatoxina-IIA se inyectan por separado, bloquean parcialmente la liberación del transmisor. Pero cuando se inyectan juntas, esto conduce a un bloqueo completo del EJP. [1]
Toxicidad
La agatoxina alfa provoca una parálisis reversible rápida en los insectos, mientras que la agatoxina mu provoca una parálisis lenta y duradera. Cuando las dos toxinas se inyectan al mismo tiempo, actúan en sinergia, por lo que la inyección simultánea de estas toxinas provoca una parálisis durante un período muy largo, posiblemente eterno. [1] La inyección de agatoxina omega provoca espasmos que conducen a una parálisis progresiva que, con el tiempo, conduce a la muerte de los insectos. Estas toxinas producen síntomas leves en los seres humanos, como dolor e hinchazón. Debido a que los insectos tienen un repertorio mucho más pequeño de canales de calcio dependientes del voltaje y una farmacología diferente a la de los vertebrados, los efectos pueden variar entre especies. [7]
Referencias
^ abcdefg Adams ME (2004). "Agatoxinas: toxinas específicas del canal iónico de la araña de tela en embudo americana, Agelenopsis aperta". Toxicon . 43 (5): 509–25. doi :10.1016/j.toxicon.2004.02.004. PMID 15066410.
^ Lackie, John (2019). Nation, Brian (ed.). Diccionario de biomedicina. Oxford University Press. doi :10.1093/acref/9780191829116.001.0001. ISBN978-0-19-182911-6.
^ Kozlov S, Malyavka A, McCutchen B, Lu A, Schepers E, Herrmann R, Grishin E (2005). "Una nueva estrategia para la identificación de estructuras similares a toxinas en el veneno de araña". Proteins . 59 (1): 131–40. doi :10.1002/prot.20390. PMID 15688451. S2CID 24253374.
^ Skinner WS, Adams ME, Quistad GB, Kataoka H, Cesarin BJ, Enderlin FE, Schooley DA (1989). "Purificación y caracterización de dos clases de neurotoxinas de la araña de tela en embudo, Agelenopsis aperta". J. Biol. Chem . 264 (4): 2150–5. doi : 10.1016/S0021-9258(18)94154-2 . PMID 2914898.
^ Shikata Y, Ohe H, Mano N, Kuwada M, Asakawa N (1998). "Análisis estructural de las cadenas de carbohidratos ligadas a N de la isomerasa del péptido del veneno de la araña de tela en embudo (Agelenopsis aperta)". Biosci. Biotechnol. Biochem . 62 (6): 1211–5. doi : 10.1271/bbb.62.1211 . PMID 9692206.
^ Doering CJ, Zamponi GW (2003). "Farmacología molecular de los canales de calcio activados por alto voltaje". J. Bioenerg. Biomembr . 35 (6): 491–505. doi :10.1023/B:JOBB.0000008022.50702.1a. PMID 15000518. S2CID 25219163.
^ King GF (2007). "Modulación de los canales Ca(v) de los insectos por toxinas peptídicas de araña". Toxicon . 49 (4): 513–30. doi :10.1016/j.toxicon.2006.11.012. PMID 17197008.
