La apamina es una neurotoxina peptídica globular de 18 aminoácidos que se encuentra en la apitoxina ( veneno de abeja ). [2] El veneno de abeja seco consta de un 2-3% de apamina. [3] La apamina bloquea selectivamente los canales SK , un tipo de canal de K + activado por Ca2 + expresado en el sistema nervioso central . La toxicidad es causada por solo unos pocos aminoácidos, en particular cisteína 1 , lisina 4 , arginina 13 , arginina 14 e histidina 18. Estos aminoácidos están involucrados en la unión de la apamina al canal de K + activado por Ca2 + . Debido a su especificidad para los canales SK, la apamina se utiliza como fármaco en la investigación biomédica para estudiar las propiedades eléctricas de los canales SK y su papel en las hiperpolarizaciones posteriores que ocurren inmediatamente después de un potencial de acción . [4]
Los primeros síntomas de la apitoxina (veneno de abeja), que ahora se cree que son causados por la apamina, fueron descritos en 1936 por Hahn y Leditschke. La apamina fue aislada por primera vez por Habermann en 1965 de Apis mellifera , la abeja melífera occidental . La apamina recibió su nombre de esta abeja. El veneno de abeja contiene muchos otros compuestos, como histamina, fosfolipasa A2 , hialuronidasa, péptido MCD y el principal componente activo melitina . La apamina se separó de los otros compuestos mediante filtración en gel y cromatografía de intercambio iónico. [2]
La apamina es un polipéptido que posee una secuencia de aminoácidos de H-Cys-Asn-Cys-Lys-Ala-Pro-Glu-Thr-Ala-Leu-Cys-Ala-Arg-Arg-Cys-Gln-Gln-His-NH 2 (secuencia de una letra CNCKAPETALCARRCQQH-NH 2 , con enlaces disulfuro entre Cys 1 -Cys 11 y Cys 3 -Cys 15 ). La apamina es muy rígida debido a los dos puentes disulfuro y siete enlaces de hidrógeno. La estructura tridimensional de la apamina se ha estudiado con varias técnicas espectroscópicas: HNMR , dicroísmo circular , espectroscopia Raman , FT-IR . Se presume que la estructura consiste en una hélice alfa y giros beta, pero la estructura exacta aún se desconoce. [5]
Mediante alteraciones locales es posible encontrar los aminoácidos que intervienen en la toxicidad de la apamina. Vincent et al. descubrieron que la guanidinación del grupo ε-amino de la lisina 4 no disminuye la toxicidad. Cuando el grupo ε-amino de la lisina 4 y el grupo α-amino de la cisteína 1 se acetilan o se tratan con fluorescamina, la toxicidad disminuye con un factor de 2,5 y 2,8 respectivamente. Esta es solo una pequeña disminución, lo que indica que ni el grupo ε-amino de la lisina 4 ni el grupo α-amino de la cisteína 1 son esenciales para la toxicidad de la apamina. La glutamina 7 se alteró mediante la formación de un enlace amida con el éster etílico de glicina, lo que dio como resultado una disminución de la toxicidad de un factor de 2,0. La glutamina 7 tampoco parece ser esencial para la toxicidad. Cuando la histidina 18 se altera por carbetoxilación, la toxicidad disminuye solo en un factor de 2,6. Pero cuando la histidina 18 , el grupo ε-amino de la lisina 4 y el grupo α-amino de la cisteína 1 están todos carbetoxilados y acetilados, la toxicidad disminuye drásticamente. Esto significa que estos tres aminoácidos no son esenciales para la toxicidad por sí solos, pero los tres combinados sí lo son. La alteración química de la arginina 13 y la arginina 14 mediante el tratamiento de 1,2-ciclohexanodiona y la escisión por tripsina disminuye la toxicidad en un factor mayor que 10. Los aminoácidos que causan toxicidad de la apamina son cisteína 1 , lisina 4 , arginina 13 , arginina 14 e histidina 18. [6 ]
La apamina es el polipéptido neurotóxico más pequeño conocido y el único que atraviesa la barrera hematoencefálica. [6] De este modo, la apamina llega a su órgano diana, el sistema nervioso central, donde inhibe los canales de K + activados por Ca2 + de pequeña conductancia (canales SK) en las neuronas. Estos canales son responsables de las hiperpolarizaciones posteriores que siguen a los potenciales de acción y, por lo tanto, regulan la frecuencia de disparo repetitivo. [7] Tres tipos diferentes de canales SK muestran características diferentes. Solo SK2 y SK3 son bloqueados por la apamina, mientras que SK1 es insensible a la apamina. Los canales SK funcionan como un tetrámero de subunidades. Los heterómeros tienen una sensibilidad intermedia. [7] Los canales SK se activan mediante la unión del Ca2 + intracelular a la proteína calmodulina , que está constitutivamente asociada al canal. [8] El transporte de iones de potasio fuera de la célula a lo largo de su gradiente de concentración hace que el potencial de membrana se vuelva más negativo. Los canales SK están presentes en una amplia gama de células excitables y no excitables, incluidas las células del sistema nervioso central, los miocitos intestinales, las células endoteliales y los hepatocitos.
La unión de la apamina a los canales SK está mediada por aminoácidos en la región de los poros, así como por aminoácidos extracelulares del canal SK. [9] Es probable que la inhibición de los canales SK se produzca por el bloqueo de la región de los poros, que dificulta el transporte de iones de potasio. Esto aumentará la excitabilidad neuronal y reducirá el umbral para generar un potencial de acción . Otras toxinas que bloquean los canales SK son la tamapina y la escilatoxina .
Cheng-Raude et al. estudiaron la cinética de los derivados marcados de la apamina in vitro e in vivo en ratones. Esto arrojó algo de luz sobre la cinética de la apamina en sí. Es probable que el órgano clave para la excreción sea el riñón , ya que se encontró un enriquecimiento de los derivados marcados allí. El péptido apamina es lo suficientemente pequeño como para atravesar la barrera glomerular , lo que facilita la excreción renal. Por el contrario, se encontró que el sistema nervioso central contenía solo cantidades muy pequeñas de apamina. Esto es inesperado, ya que este es el órgano diana de la neurotoxicidad causada por la apamina. Por lo tanto, esta baja concentración pareció ser suficiente para causar los efectos tóxicos. [10]
Sin embargo, estos resultados no coinciden con un estudio de Vincent et al. Tras la inyección de una dosis supraletal de apamina acetilada radiactiva en ratones, se encontró un enriquecimiento en la médula espinal , que forma parte del órgano diana. Algunos otros órganos, incluidos los riñones y el cerebro, contenían solo pequeñas cantidades del derivado de apamina. [6]
Los síntomas posteriores a una picadura de abeja pueden incluir:
Los pacientes envenenados con veneno de abeja pueden ser tratados con medicamentos antiinflamatorios , antihistamínicos y prednisolona oral . [11]
La apamina es un elemento del veneno de abeja . Una persona puede entrar en contacto con la apamina a través del veneno de abeja, por lo que los síntomas que se conocen no son causados por la apamina directamente, sino por el veneno en su conjunto. La apamina es la única neurotoxina que actúa exclusivamente sobre el sistema nervioso central. Los síntomas de toxicidad por apamina no son muy conocidos, porque las personas no se exponen fácilmente a la toxina sola. [12]
A través de la investigación sobre la neurotoxicidad de la apamina se descubrieron algunos síntomas. En ratones, la inyección de apamina produce convulsiones y espasticidad espinal duradera. También se sabe que los reflejos espinales polisinápticos están desinhibidos en los gatos. [12] El reflejo polisináptico es una acción refleja que transfiere un impulso de una neurona sensorial a una neurona motora a través de una interneurona en la médula espinal. [13] En ratas, se descubrió que la apamina causaba temblor y ataxia, así como efectos hemorrágicos dramáticos en los pulmones . [14]
Además, se ha descubierto que la apamina es 1000 veces más eficaz cuando se aplica en el sistema ventricular en lugar del sistema nervioso periférico. El sistema ventricular es un conjunto de estructuras en el cerebro que contienen líquido cefalorraquídeo. El sistema nervioso periférico contiene los nervios y ganglios fuera del cerebro y la médula espinal. [12] Esta diferencia en la eficacia se puede explicar fácilmente. La apamina se une a los canales SK, que difieren ligeramente en diferentes tejidos. Por lo tanto, la unión de la apamina es probablemente más fuerte en los canales SK en el sistema ventricular que en otros tejidos.
En años anteriores se creía que la apamina era un compuesto bastante no tóxico (DL50 = 15 mg/kg en ratones) en comparación con los otros compuestos del veneno de abeja. [15] Los valores de dosis letales actuales de apamina medidos en ratones se dan a continuación. [16] No se conocen datos específicos para humanos.
Intraperitoneal (ratón) LD 50 : 3,8 mg/kg
Subcutánea (ratón) LD 50 : 2,9 mg/kg
Intravenosa (ratón) LD 50 : 4 mg/kg
Intracerebral (ratón) LD 50 : 1800 ng/kg
Parenteral (ratón) LD 50 : 600 mg/kg
Estudios recientes han demostrado que los canales SK no sólo regulan la hiperpolarización posterior, sino que también tienen un efecto sobre la plasticidad sináptica . Esta es la adaptación dependiente de la actividad de la fuerza de la transmisión sináptica. La plasticidad sináptica es un mecanismo importante que subyace a los procesos de aprendizaje y memoria. Se espera que la apamina influya en estos procesos al inhibir los canales SK. Se ha demostrado que la apamina mejora el aprendizaje y la memoria en ratas y ratones. [7] [17] Esto puede proporcionar una base para el uso de la apamina como tratamiento para los trastornos de la memoria y la disfunción cognitiva. Sin embargo, debido al riesgo de efectos tóxicos, la ventana terapéutica es muy estrecha. [17]
Los bloqueadores de los canales SK pueden tener un efecto terapéutico en la enfermedad de Parkinson . La dopamina, que se agota en esta enfermedad, se liberará de las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo cuando se inhiban estos canales SK. Los canales SK también se han propuesto como objetivos para el tratamiento de la epilepsia , los trastornos emocionales y la esquizofrenia . [17]