Krotoksin - Crotoxin

Krotoksin (CTX) içindeki ana toksik bileşiktir yılan zehiri Güney Amerika çıngıraklı yılanının Crotalus durissus müthiş. Krotoksin heterodimerik bir beta-nörotoksin asidik, toksik olmayan ve enzimatik olmayan bir alt birimden (CA) ve bazik, zayıf derecede toksik olan, fosfolipaz A2 protein (CB). Bu nörotoksin, hem pre- hem de postsinaptik bloke edilerek felce neden olur. asetilkolin sinyalleşme.

Tarih

Krotoksin, 1938'de Kimya Bölümü araştırmacıları tarafından tanımlandı. Instituto Butantan São Paulo'da. Bileşik ilk önce zehrinden saflaştırıldı Crotalus d. müthiş. Bu araştırmacılar, zehrin yüzde 60'ının daha sonra krotoksin olarak adlandırılan nörotoksik bir maddeden oluştuğunu buldu.[1]

Krotoksin, kristalize edilecek ilk proteinik toksindir (Protein kristalleşmesi ). Bu keşfin ilk yayını, toksinin toksik ve pıhtılaşma prensibi olmak üzere iki elementle çalıştığını zaten kanıtladı.[1] Daha sonra krotoksin proteininin homojen olmadığı, ancak 2 alt birimden oluştuğu keşfedildi. Krotoksinin toksik etkisi esas olarak CB'nin fosfolipaz A2 etkisiyle belirlenir. CA alt birimi enzimatik değildir ve toksik değildir, ancak kan pıhtılaşma işlevlerine sahiptir (Pıhtılaşma ), şimdi crotapotin olarak bilinir.[2][3]1966'dan günümüze kadar krotoksin için farmakolojik uygulamalarla ilgili araştırmalar yapılmaktadır.[4][5]

Yapı ve tepkime

Krotoksinin yapısı, 1: 1 moleküler oranda CA ve CB bileşenlerinden oluşur.܁ CA, toksik olmayan ve enzimatik olmayan asidik bir proteindir, CB ise toksik bileşen, bir fosfolipaz A2 proteinidir. Her iki bileşen de kovalent olmayan heterodimerik bir kompleks oluşturur (Protein dimer ). İzoformların (Protein izoformu ) CA ve CB, en az 16 farklı CTX kompleksi oluşturabilir.[3]

CA alt birimi

CA proteini üçten oluşur disülfür bağlı polipeptit zincirleri: α, β ve γ. Alfa sarmallar (Alfa sarmal ) terminal konumlarında halkalar ile α ve β zincirleri oluşturulur. Γ zinciri düzensiz bir döngü oluşturur. Bileşen CA, fosfolipaz A2'nin spesifik olmayan bağlanma bölgelerine bağlanmasını önlemek için heterodimerik komplekste mevcuttur.[3]

CB alt birimi

CB alt birimi bir fosfolipaz A2 proteinidir. C terminali (C-terminali ) CB alt biriminin bir CA alfa sarmalı ile etkileşime girdiği için her iki alt birim arasındaki etkileşim için önemlidir. CA alt birimi böylelikle fosfolipaz A2'nin enzim yüzeyinin bir kısmını bloke ederek aktive edilmesi imkansız hale gelir. Bu, fosfolipaz A2'nin hücre membranından bir lipit / su arayüzüne adsorbe olamayacağı anlamına gelir. Enzim yüzeyinde yer alan ve CA alt birimi tarafından bloke edilen CB alt birimindeki kalıntılar, F24 ve F119'dur. fenilalanin amino asitler. Bununla birlikte, bu kalıntıların ürünün bir parçası olmadığı görülmüştür. aktif site.[6]

CA ve CB arasındaki arayüz, üç triptofan krotoksin kompleksinin stabilitesinde önemli bir rol oynayan amino asitler.[3]

Reaktivite

Her iki alt birim CA ve CB'nin farklı izoformları, iki sınıfa ayrılabilen krotoksin kompleksleri oluşturabilir: yüksek bir fosfolipaz A2 aktivitesi ile orta derecede toksik veya daha düşük bir enzimatik aktivite ile daha fazla toksik. İzoformlar böylelikle krotoksin kompleksinin stabilitesinde de rol oynar. Daha az toksik kompleksler daha az kararlıdır, daha toksik kompleksler ise daha kararlıdır. Bu nedenle daha toksik krotoksin kompleksleri, daha az toksik olanlardan daha yavaş ayrışır. Toksisite ve enzim aktivitesi arasındaki ilişki, sinerjik tarzın bir sonucudur (Sinerji ) her iki alt birimin eylemi. Bunun için CA alt birimi CB alt biriminin toksisitesini artırırken enzim aktivitesini ve antikoagülan aktivitesini azaltır.[7][8][9]

Hareket mekanizması

Krotoksinin birincil mekanik etkisi iki yönlüdür, bir presinaptik ve bir postsinaptik eylem.[10][11]

Presinaptik

Presinaptik asetilkolin salgısı inhibisyonu, CB alt biriminin fosfolipaz A2 aktivitesinden kaynaklanır. Fosfolipaz A2 (PLA2) tarafından presinaptik asetilkolin inhibisyonunun kesin mekanizması bilinmemektedir. Presinaptik etkiye CB alt birimi neden olurken, CA alt biriminin varlığı ile artırılır.[12]

Hipotezler

Fosfolipaz A2 (PLA2) aktivitesinin farmakolojik etkilerini açıklamaya çalışan bazı hipotezler ve modeller vardır.

PLA2'nin membranın ekzositotik olarak aktif kısımları üzerindeki spesifik bağlanma bölgelerinde hidroliz yoluyla membran fosfolipidlerine verdiği zarara dayanan bir hipotez vardır. Bu, reabsorbsiyon ile etkileşime yol açabilir. veziküller ve asetilkolin deposunun tükenmesi.[13] Diğer bir hipotez, hücre içi enzime bağlı ve bağımsız reaksiyonlar yaratmak için reseptörler ve proteinlerle spesifik bağlanmaya dayanmaktadır. PLA2 aktivitesiyle zar hasarı, PLA2'nin hücrelere girmesine ve spesifik olarak agonistik veya antagonistik proteinlere ve reseptörlere bağlanmasına izin vererek, enzimatik olmayan farmakolojik etkileri indükler. Hücre içi PLA2 ayrıca enzimatik olarak aktif kalabilir ve membran fosfolipitlerini hidrolize edebilir. Bu, zarlara ve zar proteinlerine ya da lizofosfolipidlere ve zarlara verilen hasar yoluyla farmakolojik etkiye yol açabilir. yağ asitleri hidrolizde salınır.[14] Son hipotez, etkilenen hücrelerde Ca2 + konsantrasyonlarında indüklenen değişikliklere dayanmaktadır. Ca2 +-konsantrasyonlarındaki büyük değişiklikler, vezikül füzyonu ve mitokondriyal membran potansiyeli dahil olmak üzere birçok sürece müdahale eder. Her iki işlem de asetilkolin homeostazı için önemlidir.[15]

Postsinaptik

Krotoksinin etki mekanizmasının ikinci kısmı, postsinaptik kısımdır. Postsinaptik nikotinik asetilkolin reseptörleri heterodimerik krotoksin formu tarafından bloke edilir. Bu bloke etme, nikotinik asetilkolin reseptörlerinin inaktif formunun enzim kompleksi tarafından stabilize edilmesiyle sağlanır. Presinaptik asetilkolin inhibisyonu ile birlikte, bu sinaptik sonrası etki, etkilenen kasların felç olmasına neden olabilir.[11]

Toksisite

CB'nin toksisitesi CA tarafından sinerjik olarak yoğunlaştırıldığı için krotoksin ölümcül nörotoksik etkilere sahiptir.[16][17]Birçok insan akut böbrek yetmezliğinden veya akut solunum yetmezliğinden ölür. İkincisi, solunum sistemindeki kas felcinin bir sonucudur.[18] Düşük krotoksin seviyeleri, asetilkolin reseptörünün tamamlanmamış bir blokajına neden olur ve bu tamamen geri dönüşümlü olan pareziye neden olur. Daha yüksek dozlarda nöromüsküler bozukluk daha şiddetlidir. Ayrıca diğer kolinerjik semptomlar, özellikle yüksek dozlarda yaygındır. Krotoksinin intramüsküler enjeksiyonu ayrıca miyotoksik etkiler gösterir.[19] İntravenöz LD50 (Ortalama ölümcül doz ) doğal krotoksinin% 0.096 μg / g'dır.[20] Farelerin her gün artan dozlarda krotoksin aldıklarında toksine tolerans geliştirebilecekleri bildirilmiştir. Sonunda, zehirlenmeden LD50'nin 35 katına kadar dozları tolere edebilirler.[21] İnsan hastalar üzerinde yapılan klinik öncesi çalışmalar ayrıca, hastalar uzun süre krotoksine maruz kaldıklarında toksisite belirtilerinin azaldığını veya kaybolduğunu göstermektedir.[19]

Tedavi

Brezilya'da her yıl yaklaşık 2.000 yılan ısırığının sebebi Crotalus durissus. Zehirlenen insanlar için tek tedavi C. durissus intravenöz olarak enjekte edilmesi gereken özel olarak geliştirilmiş bir antivenomdur. Bu panzehirin gelişiyle ölüm oranı% 73'ten% 1.5'e düştü. Panzehirin dozajı, zehirlenmenin şiddetine bağlı olarak 10 ila 20 ampul arasında değişir. Bununla birlikte, dozların etkinliği klinik olarak incelenmemiştir.[18]

Etki

İçinde krotoksin C. durissus zehir, aynı zamanda renal ve miyotoksik etkilere neden olan güçlü bir nörotoksindir. Krotoksin toksik etkileri dışında insan ve hayvan modellerinde anti-inflamatuar, immünomodülatör, anti-HIV ve anti-tümör etkiler gösterir.[4]Vücudun, krotoksinin toksik etkilerine tolerans geliştirebilmesi gerçeğiyle birlikte, bu etkiler farmasötik kullanım için ilgi çekicidir.[19][22]

İlaç uygulamaları

Crotoxin nöromüsküler bloker olarak çalıştığı için (Nöromüsküler bloke edici ilaç ), Crotoxin'in kas gerginliği problemleri için bir terapi olarak işlev görüp görmediğini araştırmak için bazı çalışmalar yapılmıştır.[23] Bir çalışmada, Crotoxin, enjeksiyondan sonra bir grup şaşı hastanın oküler dizilimini iyileştirdiğini göstermiştir. Aynı çalışma aynı zamanda muzdarip hastalara yardımcı olabileceğini de göstermiştir. Blefarospazm.[23] Düşük krotoksin konsantrasyonlarında, kaslı hastalar distoniler normal işlevi göster. Bu nedenle, iyi bir alternatif olarak önerilmektedir. botulinum toksini.[24] Klinik araştırmalar, krotoksin kompleksi ve izole edilmiş CB'nin antijenik özelliklere sahip olduğunu göstermiştir, bu da uyarılabilir antikor üretim. Bazı çalışmalar krotoksinin, bağışıklık ile ilişkili hastalık ve diğer durumlarla ilgili semptomları iyileştirdiğini göstermiştir. kanser.[25] Ancak, şu anda NCI yoktur (Ulusal Kanser Enstitüsü ) kanser tedavisi için krotoksin üzerinde çalışan klinik çalışmaları destekledi.[26]

Referanslar

  1. ^ a b Slotta, KH, Fraenkel-Conrat H. "Çıngıraklı Yılan Zehirinden İki Aktif Protein", Doğa, 142, 213 (1938). doi: 10.1038 / 142213a0.
  2. ^ Rübsamen K, Breithaupt H, Habermann E (1971). "Krotoksin Kompleksinin Biyokimyası ve Farmakolojisi: I. Krotoksin Kompleksinin Alt Fraksiyonasyonu ve Rekombinasyonu", Naunyn-Schmiedebergs Archiv für Pharmakologie, 270, 274-288.
  3. ^ a b c d Fernandes C, Pazin W, Dreyer T ve diğerleri. "Biyofiziksel araştırmalar, krotoksinin yeni bir yapısal düzenlemesini önermekte ve toksik mekanizmasına ilişkin bilgiler sağlamaktadır", Bilimsel Raporlar, 7, 43885 (2017). doi: 10.1038 / srep43885.
  4. ^ a b Sampaio SC, Hyslop S, Fontes MRM, Prado-Franceschi J, Zambelli VO, Magro AJ, Brigatte P, Gutierrez VP, Cury Y (2010). "Krotoksin: Klasik bir β-nörotoksin için yeni aktiviteler", Toxicon, 55(6), 1045-1060. doi: 10.1016 / j.toxicon.2010.01.011.
  5. ^ Vital Brazil ve diğerleri (1966). "Kristalin krotoksinin farmakolojisi - toksisite" Memórias do Instituto Butantan, 33, 973-980.
  6. ^ Pereanez JA, Gómez ID, Patino AC (2012). "Krotoksin kompleksi ve fosfolipaz A2 alt biriminin yapısı ve enzimatik aktivitesi arasındaki ilişki: Bir in siliko yaklaşımı", Moleküler Grafik ve Modelleme Dergisi, 35, 36-42. doi: 10.1016 / j.jmgm.2012.01.004.
  7. ^ Faure G, Xu H, Saul FA (2011). "Krotoksinin Kristal Yapısı, Bu Güçlü Heterodimerik β-Nörotoksinin Kararlılığı ve Toksisitesiyle İlgili Önemli Kalıntıları Ortaya Çıkarıyor", J. Mol. Biol., 412(2), 176-191. doi: 10.1016 / j.jmb.2011.07.027.
  8. ^ Faure G, Harvey AL, Thomson E, Saliou B, Radvanyi F, Bon C (1993). "Krotoksin izoformlarının karşılaştırılması, kompleksin stabilitesinin farmakolojik etkisinde önemli bir rol oynadığını ortaya koymaktadır", Avrupa Biyokimya Dergisi, 214(2), 491-496. doi: 10.1111 / j.1432-1033.1993.tb17946.x.
  9. ^ Choumet V, Bouchier C, Délot E, Faure G, Saliou B, Bon C (1996). "Güney Amerika Çıngıraklı Yılan Zehirinden Heterodimerik Nörotoksin Fosfolipaz A2 olan Crotoxin'in Yapı ve İşlev İlişkisi", İçinde: Singh B.R., Tu A.T. (eds), Natural Toxins 2, Advances in Experimental Medicine and Biology, cilt 391. Springer, Boston, MA.
  10. ^ Vulfius, Catherine A., ve diğerleri (2017). "Pankreas ve Yılan Zehri Presinaptik Olarak Aktif Fosfolipazlar A2 Nikotinik Asetilkolin Reseptörlerini Engeller", PLOS One, 12(10), doi: 10.1371 / journal.pone.0186206.
  11. ^ a b Bon, Cassian ve diğerleri (1979). "Krotoksinin ve İzole Alt Birimlerinin Postsinaptik Etkileri", Avrupa Biyokimya Dergisi, 99(3), 471–482. doi: 10.1111 / j.1432-1033.1979.tb13278.x.
  12. ^ Cavalcante, Walter L.g., ve diğerleri (2017). "Crotalus Durissus Terrificus Yılan Zehrinin Temel Fosfolipaz A 2 Alt Birimi Krotoksininin Nöromüsküler Felci Eşzamanlı Olarak Asetilkolin Salınımını Önlemek ve Kas Tıkanıklığını Oluşturmak için Asit Şaperonuna İhtiyaç Duyar", Toksikoloji ve Uygulamalı Farmakoloji, 334, 8-17. doi: 10.1016 / j.taap.2017.08.021.
  13. ^ Montecucco, Cesare ve diğerleri (2009). "Sinir Terminallerinin Botulinum ve Yılan Presinaptik Nörotoksinlerle Farklı İnhibisyon Mekanizmaları", Toxicon, 54(5), 561–564. doi: 10.1016 / j.toxicon.2008.12.012.
  14. ^ Kini, R Manjunatha (2003). "Önümüzdeki Heyecan: Yılan Zehri Fosfolipaz A2 Enzimlerinin Yapısı, İşlevi ve Mekanizması", Toxicon, 42(8), 827–840. doi: 10.1016 / j.toxicon.2003.11.002.
  15. ^ Rigoni, Michela ve diğerleri (2007). "Yılan Nörotoksinlerine veya Bunların Fosfolipid Hidroliz Ürünlerine Maruz Kalan Sinapslarda Kalsiyum Akışı ve Mitokondriyal Değişiklikler", Biyolojik Kimya Dergisi, 282(15), 11238–11245. doi: 10.1074 / jbc.m610176200.
  16. ^ Laustsen AH (2016). "Yılan zehirlerinde toksin sinerjizmi", Toksin İncelemeleri, 35(3-4), 165-170. doi: 10.1080 / 15569543.2016.1220397.
  17. ^ Chiung Chang C, Dong Lee J (1977). "Güney Amerika Çıngıraklı Yılan Zehrinin Nörotoksini olan Crotoxin, β-Bungarotoksin Gibi Hareket Eden Presinaptik Toksindir", Arch. Pharmacol., 296, 159-168.
  18. ^ a b Amaral CFS, Campolina D, Dias MB, Bueno CM, Chávez-Olortegui C, Penaforte CL, Diniz CR, Rezende NA (1997). "Dolaşımdaki tam zehir ve krotoksinin saptanmasında zaman faktörü ve Crotalus durissus ile zehirlenen hastalarda antivenom tedavisinin etkinliği", Toxicon, 35(5), 699-704.
  19. ^ a b c Cura JE, Blanzaco DP, Brisson C, Cura MA, Cabrol R, Larrateguy L, Mendez C, Sechi JC, Silveira JS, Theiller E, Roodt AR de, Vidal JC (2002). "İlerlemiş Kanserli Hastalarda Krotoksinin (sitotoksin PLA2, NSC-624244) Faz I ve Farmakokinetik Çalışması", Klinik Kanser Araştırmaları, 8, 1033-1041.
  20. ^ Magalhaes T, Proietti Viotti A, Teperino Gomes R, Viana de Freitas T (2001). "Membran bileşiminin ve immünostimülanların lipozomla hapsedilmiş krotoksin içinde birlikte kapsüllenmesinin etkisi", Biotechnol. Appl. Biochem., 33, 61-64.
  21. ^ de Araújo Pimenta L, de Almeida MES, Bretones ML ve diğerleri. "Krotoksin, makrofajın antianjiyojenik bir fenotipe doğru yeniden programlanmasını teşvik eder", Bilimsel Raporlar, 9, 4281 (2019). doi: 10.1038 / s41598-019-40903-0.
  22. ^ de Andrade CM, Rey FM, Cintra ACO, Sampaio SV, Torqueti MR (2019). "Crotalus durissus terrificus yılan zehirinden bir nörotoksin olan krotoksinin insan endotel hücreleri üzerindeki etkileri", Uluslararası Biyolojik Makromolekül Dergisi, 134(1), 613-621. doi: 10.1016 / j.ijbiomac.2019.05.019.
  23. ^ a b Barros Ribeiro G de, Almeida HC de, Toledo Velarde D (2012). "İnsanlarda krotoksin: göz dışı ve yüz kasları üzerindeki etkilerin analizi", Arquivos Brasileiros de Oftalmologia, 75(6). doi: 10.1590 / S0004-27492012000600002.
  24. ^ Patent İşbirliği Anlaşması (PCT) Kapsamında Yayınlanan Uluslararası Başvuru. "Uluslararası Yayın Numarası: WO 2009/018643 A2", Yayınlanma Tarihi: 6 Ağustos 2008.
  25. ^ Sartim MA, Menaldo DL, Sampaio SV (2018). "Crotoxin'in immünoterapötik potansiyeli: antiinflamatuar ve immünosupresif özellikler", Tropikal Hastalıklar Dahil Zehirli Hayvanlar ve Toksinler Dergisi, 24(39). doi: 10.1186 / s40409-018-0178-3.
  26. ^ Ulusal Kanser Enstitüsü. "Crotoxin Kullanan Klinik Araştırmalar", 16 Mart 2020'de alındı.