La notexina es una toxina producida por la serpiente tigre ( Notechis scutatus ). Es una fosfolipasa A2 (PLA 2 s) miotóxica y presináptica, neurotóxica . [1] Se trata de enzimas que hidrolizan el enlace entre una cola de ácido graso y el glicerol en ácidos grasos en la posición 2. [2]
El nombre de notexina proviene del hecho de que esta toxina fue encontrada por primera vez como el componente principal del veneno de la serpiente tigre . [3] El nombre notexina es, por lo 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]
La notexina está formada por una única molécula, una cadena peptídica de 119 residuos de aminoácidos unidos mediante siete puentes disulfuro . [7]
La difracción de rayos X se ha utilizado para determinar la estructura cristalina de la notexina y ha llevado 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 otras PLA 2 . Tanto la notexina como muchas PLA 2 contienen cuatro hélices principales características (las hélices αA, αB, αC y αE) y una hélice corta de extremo carboxilo en su estructura secundaria. Además, el sitio activo parece ser lo suficientemente similar al de otras PLA 2 , como para utilizar sus estudios de construcción de modelos al analizar las propiedades enzimáticas. La notexina se desvía significativamente de otras 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 la notexina contiene His-48. Este residuo está en estrecho contacto con los oxígenos carboxilato de un residuo Asp-99, que también está presente en la notexina. [8] En la mayoría de las PLA 2 s, la pared del sitio activo está cubierta de residuos hidrófobos. Cuando un par solitario en el oxígeno del agua ataca al éster, el residuo His-48 facilita una transferencia de protones y el oxígeno carbonílico del sustrato posiblemente se fija y estabiliza por los grupos NH con carga positiva en las PLA 2 s. [10]
La notexina es generalmente letal si entra en el 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, lo que provoca 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] La actividad presináptica es, sin embargo, mucho más potente, al menos en ratones. [8]
La notexina provoca una reducción indirecta o el cese completo de la liberación de acetilcolina en las terminales nerviosas afectadas. Esta acetilcolina normalmente provoca un potencial de acción y, por lo tanto, una contracción muscular. Se descubrió que esta reducción de la liberación de acetilcolina se debía a un reciclaje deficiente de las vesículas sinápticas , ya que se observó una reducción del contenido de vesículas sinápticas y vesículas anormalmente grandes en los tejidos afectados. A esto le 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 otras PLA 2 , interactúa con receptores proteicos específicos de alta afinidad o dominios lipídicos de baja afinidad de células musculares y 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] mostró que sin la actividad de 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 afluencia de Ca 2+ desde el medio extracelular. En las células musculares, la afluencia de Ca 2+ provoca una hipercontracción de los miofilamentos, lo que puede causar daño mecánico 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+ , calpaínas, [15] y la fosfolipasa A 2 dependiente de Ca 2+ endógena . Las calpaínas degradan los componentes del citoesqueleto 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 afluencia de Ca 2+ . En un punto determinado, 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 ser liberadas y de la reserva de vesículas sinápticas. [13] [16] Las investigaciones [16] han demostrado 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 de la entrada de Ca2+. [13] [16] [17] Al igual que en las células musculares, la entrada de Ca2+ en las neuronas también conduce a una funcionalidad mitocondrial reducida y a la activación de calpaínas y PLA2 endógenas dependientes de Ca2 + . 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 producían daños en los túbulos renales y glomerulares en un plazo de 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 un determinado estudio, los ratones se volvieron resistentes a la notexina, a isoformas similares de la toxina y a 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 la notexina es el sitio de unión de estos anticuerpos y, por lo tanto, se sabe que este es el sitio para un dominio antigénico. [19] Otro estudio mostró 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 para diferentes isoformas de la notexina. Estas diferentes isoformas se encuentran en serpientes que tienen diferentes ubicaciones geográficas. [21] Por lo tanto, no es el caso de que los anticuerpos de la notexina se unan necesariamente a todas las isoformas de la notexina con la misma afinidad.
La notexina provoca 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. 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 producirán daños musculares 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 publicado varios resultados sobre los efectos tóxicos de la notexina en roedores. [23] [25] Cuando se inyecta de 1 a 2 μg de toxina pura en el músculo sóleo de una rata, se destruyen todas las fibras musculares. [25] En ratones, la LD50 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) de ratón que vuelven a crecer después de una inyección de notexina. Tres días después de la inyección, se produjo una degradación completa de las fibras y una pérdida de la capacidad funcional. Después de diez días, los músculos estaban compuestos enteramente de fibras que volvían a crecer. [26]
No existe ningún antiveneno de notexina disponible en el mercado. Hay dos antivenenos generales para serpientes tigre disponibles que podrían funcionar. [27] No se han encontrado estudios sobre la eficacia de los antivenenos para serpientes tigres en la notexina.