La poneratoxina es un péptido neurotóxico paralizante elaborado por la hormiga bala Paraponera clavata . Previene la inactivación de los canales de sodio dependientes del voltaje y, por lo tanto, bloquea la transmisión sináptica en el sistema nervioso central . [1] En concreto, la poneratoxina actúa sobre los canales de sodio dependientes del voltaje en las fibras musculares esqueléticas , lo que provoca parálisis, y sobre las fibras nociceptivas , lo que provoca dolor. [2] Tiene una calificación de 4+ en el índice de dolor por picadura de Schmidt , la calificación más alta posible con ese sistema, y sus efectos pueden causar oleadas de dolor hasta doce horas después de una sola picadura. [3] Además, se está estudiando su uso en insecticidas biológicos. [4]
En general, la poneratoxina altera el funcionamiento normal de los canales de sodio dependientes del voltaje tanto en vertebrados como en invertebrados . Provoca descargas repetidas y prolongación de los potenciales de acción , en particular en el sistema nervioso central de los insectos. [4] El aumento de la señalización es lo que causa el intenso dolor de las picaduras de hormigas bala . [5]
La poneratoxina se encuentra en un estado inactivo cuando se almacena en el reservorio de veneno de hormiga debido a las condiciones ácidas del reservorio, pero se vuelve tóxica cuando se activa mediante un proceso de varios pasos. La combinación de la unión de la poneratoxina a una membrana celular (para actuar sobre un canal de sodio dependiente del voltaje) y el movimiento de condiciones ácidas en el reservorio de veneno de hormiga a condiciones básicas en el sitio objetivo hace que la poneratoxina experimente un cambio conformacional que la activa. [1]
Catterall et al. plantearon la hipótesis de que algunas neurotoxinas polipeptídicas modifican la función de los canales dependientes del voltaje a través de un mecanismo de "atrapamiento del sensor de voltaje". La hipótesis establece que las neurotoxinas similares a la poneratoxina, como las toxinas del alfa-escorpión , actúan sobre los canales de sodio mediante la unión al sitio receptor 3 de los canales, lo que normalmente afecta la capacidad de los canales para inactivarse. Por lo tanto, las neurotoxinas del sitio receptor 3 a menudo afectan a los canales de sodio al ralentizar o bloquear la inactivación. [2] [6] Normalmente, la región del canal donde se encuentra el sitio receptor 3 de la neurotoxina sufre un cambio conformacional de un movimiento hacia afuera para provocar la inactivación. Se propone que las neurotoxinas del sitio receptor 3 eviten este cambio conformacional mediante la interacción con residuos de aminoácidos ácidos e hidrófobos en ese sitio. [6]
Cuando se expusieron fibras musculares esqueléticas de rana a la poneratoxina, se descubrió que la poneratoxina afectaba principalmente a los canales de sodio dependientes del voltaje al disminuir la corriente máxima de sodio y también al inducir una corriente de sodio lenta. Esta combinación provocó que los canales de sodio se activaran a potenciales muy negativos y se desactivaran muy lentamente, un fenómeno que se observa comúnmente en los tejidos excitables. [7] La poneratoxina se considera un agonista de acción lenta para los músculos lisos . [8]
El péptido poneratoxina se almacena en un péptido inactivo de 25 residuos (secuencia de aminoácidos FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) en el reservorio de veneno de Paraponera clavata . La estructura secundaria se caracteriza por un motivo hélice-giro-hélice : dos hélices alfa conectadas por un giro beta .
Las dos hélices alfa están formadas por los residuos 3-9 en el extremo N y los residuos 17-24 en el extremo C, y están conectadas por el giro beta en los residuos 11-16. Desde una perspectiva tridimensional, esta estructura forma una forma de V preferencial con las dos hélices experimentando interacciones no covalentes sueltas entre sí. [1] Esto es notable debido a su similitud estructural con otros péptidos que interactúan con la membrana e indica que la poneratoxina también interactuará con la membrana y, por lo tanto, afectará los canales de sodio dependientes del voltaje incrustados . [9] Además, la estructura del péptido cambia de una bobina aleatoria a la estructura hélice-giro-hélice cuando se introduce en un entorno de bicapa lipídica , lo que indica que este motivo es importante para interactuar con la membrana. [1]
Sin embargo, las dos hélices alfa tienen características marcadamente diferentes. La hélice alfa N-terminal es apolar, contiene un núcleo hidrofóbico central con residuos hidrofílicos en cada extremo y no tiene carga. Es similar en estructura a un péptido señal transmembrana , lo que implica que se anclará en la membrana enterrando el núcleo hidrofóbico dentro de la bicapa. [1] En particular, el residuo de fenilalanina voluminoso y muy hidrofóbico es importante para interactuar con bicapas lipídicas no cargadas, como las compuestas de fosfatidilcolina . La hélice alfa C-terminal es anfipática con un lado que muestra residuos polares y cargados, y el otro que muestra residuos no polares, lo que impulsa la inserción en la membrana plasmática. [10] Específicamente, se demostró que los residuos de arginina cargados positivamente y de alanina no polares son esenciales para la potencia de la poneratoxina. [2] Véase la figura, donde se alinean las regiones hidrofóbicas (rojas) e hidrofílicas (azules) de la poneratoxina y la bicapa lipídica, lo que demuestra que la estructura ha evolucionado para insertarse en la membrana, lo que promoverá la interacción con los canales de sodio dependientes del voltaje .
Mucha gente considera que la picadura de una hormiga bala se parece a la sensación de recibir un disparo. Justin Schmidt , un entomólogo que desarrolló el índice de dolor de picadura de Schmidt , lo describió como "un dolor puro, intenso, brillante... como caminar sobre carbón en llamas con un clavo de tres pulgadas incrustado en el talón", y considera que la picadura de una hormiga bala es la picadura de insecto más dolorosa que ha experimentado. [11] El dolor de las picaduras de hormigas bala puede durar muchas horas, incluso hasta 24 horas. Tanto el inmenso dolor como la duración de la picadura se deben a los efectos de la poneratoxina. [5] Además del notorio dolor, los síntomas de las picaduras de hormigas bala (así como las picaduras de otras hormigas del género Paraponera y del género Dinoponera ) incluyen fiebre, sudores fríos, náuseas, vómitos, linfadenopatía y arritmias cardíacas . [ cita requerida ]
Los ensayos de toxicidad han descubierto que la LT50 de la poneratoxina, administrada mediante inyecciones de virus modificados genéticamente a larvas de S. frugiperda , se encontraba a las 131 horas posteriores a la inyección. Una dosis de 10 5 pfu de poneratoxina fue suficiente para matar a las larvas de S. frugiperda , y una dosis de 10 ng podría paralizarlas. [1] Basándose en estos experimentos, los científicos creen que la poneratoxina puede ser un buen candidato como bioinsecticida debido a su neurotoxicidad para otros insectos, lo que la hace capaz de inmovilizar o incluso matar a los insectos infectados con ella. Se ha propuesto la creación de un virus recombinante mediante la ingeniería de un baculovirus que exprese la poneratoxina. [1]