Apamin - Apamin

Apamin[1]
Apamin.svg
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEMBL
ChemSpider
Informační karta ECHA100.041.969 Upravte to na Wikidata
UNII
Vlastnosti
C79H131N31Ó24S4
Molární hmotnost2027,33874 g / mol
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu
Apamin preproprotein
Identifikátory
SymbolApamin
Číslo CAS24345-16-2
Gen NCBI406135
UniProtP01500

Apamin je globulár s 18 aminokyselinami peptid neurotoxin nalezen v apitoxin (včela jed ).[2] Suchý včelí jed se skládá ze 2–3% apaminu.[3] Apamin selektivně blokuje SK kanály, typ Ca.2+-aktivovaný K.+ kanál vyjádřeno v centrální nervový systém. Toxicita je způsobena pouze několika aminokyselinami, kterými jsou cystein1lysin4arginin13arginin14 a histidin18. Tyto aminokyseliny se podílejí na vazbě apaminu na Ca2+-aktivovaný K.+ kanál. Vzhledem ke své specifičnosti pro SK kanály se apamin používá jako lék v biomedicínském výzkumu ke studiu elektrických vlastností SK kanálů a jejich role v afterhyperpolarizations vyskytující se bezprostředně po akční potenciál.[4]

Původ

První příznaky apitoxinu (včelí jed), o nichž se nyní předpokládá, že jsou způsobeny apaminem, popsali již v roce 1936 Hahn a Leditschke. Apamin byl poprvé izolován Habermannem v roce 1965 z Apis mellifera, Západní včela. Apamin byl pojmenován po této včelce. Včela jed obsahuje mnoho dalších sloučenin, jako je histamin, fosfolipáza A2, hyaluronidáza, MCD peptid a hlavní aktivní složka melittin. Apamin byl oddělen od ostatních sloučenin gelovou filtrací a iontoměničovou chromatografií.[2]

Struktura a aktivní stránka

Apamin je a polypeptid vlastnit aminokyselina sekvence H-Cys-Asn-Cys-Lys-Ala-Pro-Glu-Thr-Ala-Leu-Cys-Ala-Arg-Arg-Cys-Gln-Gln-His-NH2 (s disulfidové vazby mezi Cys1-Cys11 a Cys3-Cys15). Apamin je velmi tuhý kvůli dvěma disulfidovým můstkům a sedmi vodíkovým vazbám. Trojrozměrná struktura apaminu byla studována několika spektroskopickými technikami: HNMR, Kruhový dichroismus, Ramanova spektroskopie, FT-IR. Předpokládá se, že struktura sestává z alfa-šroubovice a beta-závitů, ale přesná struktura je stále neznámá.[5]

Místní úpravou je možné najít aminokyseliny které se podílejí na toxicitě apaminu. Zjistili to Vincent a kol. že guanidace ε-aminoskupiny lysinu4 nesnižuje toxicitu. Když ε-aminoskupina lysinu4 a a-aminoskupina cysteinu1 jsou acetylovaní nebo léčeni fluoreskaminem, toxicita klesá s faktorem 2,5, respektive 2,8. Toto je jen malé snížení, což naznačuje, že ani ε-aminoskupina lysinu4 ani a-aminoskupina cysteinu1 je nezbytný pro toxicitu apaminu. Glutamin7 byl změněn vytvořením amidové vazby s glycin-ethylesterem, což vedlo ke snížení toxicity faktoru 2.0. Glutamin7 také se nejeví jako zásadní pro toxicitu. Když histidin18 se mění karbethoxylací, toxicita klesá pouze o faktor 2,6. Ale když histidin18, e-aminoskupina lysinu4 a a-aminoskupina cysteinu1 všechny jsou karbethoxylované a acetylovaná toxicita drasticky klesá. To znamená, že tito tři aminokyseliny nejsou samy o sobě nezbytné pro toxicitu, ale tři z nich dohromady jsou. Chemická změna argininu13 a arginin14 léčbou 1,2-cyklohexandion a štěpení trypsin snižuje toxicitu o faktor větší než 10. Aminokyseliny, které způsobují toxicitu apaminu, jsou cystein1lysin4arginin13arginin14 a histidin18.[6]

Toxikodynamika

Apamin je nejmenší známý neurotoxinový polypeptid a jediný, který prochází hematoencefalickou bariérou.[6] Apamin tak dosáhne svého cílového orgánu, centrálního nervového systému. Zde potlačuje malou vodivost Ca.2+-aktivovaný K.+ kanály (SK kanály) v neuronech. Tyto kanály jsou zodpovědné za afterhyperpolarizace, které sledují akční potenciály, a proto regulují opakovanou frekvenci střelby.[7]Tři různé typy SK kanálů vykazují různé charakteristiky. Pouze SK2 a SK3 jsou blokovány apaminem, zatímco SK1 je necitlivý na apamin. SK kanály fungují jako tetramer podjednotek. Heteromery mají střední citlivost.[7] SK kanály se aktivují vazbou intracelulárního Ca2+ k proteinu klimodulin, který je konstitutivně přidružen ke kanálu.[8] Transport iontů draslíku z buňky podél jejich koncentračního gradientu způsobí, že se potenciál membrány stane negativnějším. SK kanály jsou přítomny v široké škále excitabilních a neexcitovatelných buněk, včetně buněk v centrálním nervovém systému, intestinálních myocytech, endoteliálních buňkách a hepatocytech.

Vazba apaminu na SK kanály je zprostředkována aminokyselinami v oblasti pórů i extracelulárními aminokyselinami SK kanálu.[9] Je pravděpodobné, že inhibice SK kanálů je způsobena blokováním oblasti pórů, což znemožňuje transport iontů draslíku. Tím se zvýší neuronální excitabilita a sníží se prahová hodnota pro generování akční potenciál. Další toxiny, které blokují SK kanály, jsou tamapin a scyllatoxin.

Toxikokinetika

Kinetika značených derivátů apaminu byla studována in vitro a in vivo u myší Cheng-Raude et al. To osvětlilo kinetiku samotného apaminu. Klíčovým orgánem pro vylučování bude pravděpodobně ledviny, protože tam bylo nalezeno obohacení značených derivátů. Peptidový apamin je dostatečně malý, aby prošel glomerulární bariéra usnadňující vylučování ledvinami. Bylo zjištěno, že centrální nervový systém naopak obsahuje jen velmi malé množství apaminu. To je neočekávané, protože toto je cílový orgán pro neurotoxicitu způsobenou apaminem. Tato nízká koncentrace se tedy jeví jako dostatečná k vyvolání toxických účinků.[10]

Tyto výsledky však nesouhlasí se studií Vincenta a kol. Po injekci supraletální dávky radioaktivního acetylovaného apaminu do myší bylo zjištěno obohacení mícha, který je součástí cílového orgánu. Některé další orgány, včetně ledvin a mozku, obsahovaly pouze malé množství derivátu apaminu.[6]

Příznaky

Příznaky po včelím bodnutí mohou zahrnovat:

Pacienti otrávení včelím jedem mohou být léčeni protizánětlivý léky, antihistaminika a orální prednisolon.[11]

Apamin je součástí včela jed. S apaminem můžete přijít do kontaktu prostřednictvím včelího jedu, takže známé příznaky nejsou způsobeny přímo apaminem, ale jedem jako celkem. Apamin je jediný neurotoxin, který působí čistě na centrální nervový systém. Příznaky toxicity apaminů nejsou dobře známy, protože lidé nejsou snadno vystaveni toxinu samotnému.[12]

Pomocí výzkumu neurotoxicity apaminu byly objeveny některé příznaky. U myší injekce apaminu vyvolává křeče a dlouhotrvající spasticitu páteře. Je také známo, že polysynaptické míšní reflexy jsou u koček dezinhibovány.[12] Polysynaptický reflex je reflexní akce, která přenáší impuls ze senzorického neuronu na motorický neuron prostřednictvím interneuronu v míše.[13] U potkanů ​​bylo zjištěno, že apamin způsobuje třes a ataxii, stejně jako dramatické hemoragické účinky na plíce.[14]

Dále bylo zjištěno, že apamin je 1000krát účinnější, když se aplikuje do komorového systému namísto do periferního nervového systému. Komorový systém je soubor struktur v mozku, který obsahuje mozkomíšní mok. Periferní nervový systém obsahuje nervy a ganglia mimo mozek a míchu.[12] Tento rozdíl v účinnosti lze snadno vysvětlit. Apamin se váže na SK kanály, které se v různých tkáních mírně liší. Vazba apaminu je tedy pravděpodobně silnější v SK kanálech v komorovém systému než v jiných tkáních.

Míry toxicity

V dřívějších letech se předpokládalo, že apamin je spíše netoxická sloučenina (LD50 = 15 mg / kg u myší) ve srovnání s jinými sloučeninami včelího jedu.[15] Aktuální hodnoty letální dávky apaminu měřené u myší jsou uvedeny níže.[16] Nejsou známy žádné specifické údaje pro člověka.

Intraperitoneální (myší) LD50: 3,8 mg / kg

Subkutánní (myší) LD50: 2,9 mg / kg

Intravenózní (myší) LD50: 4 mg / kg

Intracerebrální (myší) LD50: 1800 ng / kg

Parenterální (myší) LD50: 600 mg / kg

Terapeutické použití

Nedávné studie ukázaly, že SK kanály nejen regulují afterhyperpolarizaci, ale mají také účinek na synaptická plasticita. Jedná se o přizpůsobení síly synaptického přenosu v závislosti na činnosti. Synaptická plasticita je důležitým mechanismem, který je základem procesů učení a paměti. Očekává se, že Apamin ovlivní tyto procesy inhibicí SK kanálů. Ukázalo se, že apamin zvyšuje učení a paměť u potkanů ​​a myší.[7][17] To může poskytnout základ pro použití apaminu jako léčby poruch paměti a kognitivní dysfunkce. Vzhledem k riziku toxických účinků je však terapeutické okno velmi úzké.[17]

Blokátory SK kanálů mohou mít terapeutický účinek na Parkinsonova choroba. Dopamin, který je při tomto onemocnění vyčerpán, se uvolní z dopaminergních neuronů středního mozku, když jsou tyto SK kanály inhibovány. SK kanály byly rovněž navrženy jako cíle pro léčbu epilepsie, emoční poruchy a schizofrenie.[17]

Reference

  1. ^ Apamin - shrnutí sloučeniny, PubChem.
  2. ^ A b Habermann E (1984). „Apamin“. Farmakologie a terapeutika. 25 (2): 255–70. doi:10.1016/0163-7258(84)90046-9. PMID  6095335.
  3. ^ Syn DJ, Lee JW, Lee YH, Song HS, Lee CK, Hong JT (srpen 2007). „Terapeutické použití antiartritidy, úlevy od bolesti a protirakovinných účinků včelího jedu a jeho složek“. Farmakologie a terapeutika. 115 (2): 246–70. doi:10.1016 / j.pharmthera.2007.04.004. PMID  17555825.
  4. ^ Castle NA, Haylett DG, Jenkinson DH (únor 1989). "Toxiny při charakterizaci draslíkových kanálů". Trendy v neurovědách. 12 (2): 59–65. doi:10.1016/0166-2236(89)90137-9. PMID  2469212.
  5. ^ Kastin AJ. "Apamin". Příručka biologicky aktivních peptidů (2013 ed.): 417–418.
  6. ^ A b C Vincent JP, Schweitz H, Lazdunski M (červen 1975). „Vztahy mezi strukturou a funkcí a místo působení apaminu, neurotoxického polypeptidu včelího jedu s účinkem na centrální nervový systém“. Biochemie. 14 (11): 2521–5. doi:10.1021 / bi00682a035. PMID  1138869.
  7. ^ A b C M. Stocker; M. Krause; P. Pedarzani (1999). „Apaminizující Ca2+-aktivovaný K.+ proud v hipokampálních pyramidových neuronech “. PNAS. 96 (8): 4662–4667. doi:10.1073 / pnas.96.8.4662. PMC  16389. PMID  10200319.
  8. ^ Stocker M (říjen 2004). "Ca (2 +) - aktivované kanály K +: molekulární determinanty a funkce rodiny SK". Recenze přírody. Neurovědy. 5 (10): 758–70. doi:10.1038 / nrn1516. PMID  15378036.
  9. ^ Nolting A, Ferraro T, D'hoedt D, Stocker M (únor 2007). „Aminokyselina mimo oblast pórů ovlivňuje citlivost apaminu v K + kanálech aktivovaných Ca2 + s malou vodivostí“. The Journal of Biological Chemistry. 282 (6): 3478–86. doi:10,1074 / jbc.M607213200. PMC  1849974. PMID  17142458.
  10. ^ Cheng-Raude D, Treloar M, Habermann E (1976). "Příprava a farmakokinetika značených derivátů apaminu". Toxicon. 14 (6): 467–76. doi:10.1016/0041-0101(76)90064-7. PMID  1014036.
  11. ^ A b Saravanan R, King R, White J (duben 2004). „Přechodná drápová ruka způsobená včelím bodnutím. Zpráva o dvou případech“. The Journal of Bone and Joint Surgery. Britský svazek. 86 (3): 404–5. doi:10.1302 / 0301-620x.86b3.14311. PMID  15125129.
  12. ^ A b C Habermann E (listopad 1977). "Neurotoxicita apaminu a MCD peptidu po centrální aplikaci". Archiv farmakologie Naunyn-Schmiedeberg. 300 (2): 189–91. doi:10.1007 / bf00505050. PMID  593441.
  13. ^ "polysynaptický reflex".
  14. ^ Lallement G, Fosbraey P, Baille-Le-Crom V, Tattersall JE, Blanchet G, Wetherell JR, Rice P, Passingham SL, Sentenac-Roumanou H (prosinec 1995). "Srovnaná toxicita blokátorů draslíkových kanálů, apamin a dendrotoxin". Toxikologie. 104 (1–3): 47–52. doi:10.1016 / 0300-483X (95) 03120-5. PMID  8560501.
  15. ^ oddělení armády Edgewood Arsenal, biodemická laboratoř (1972). "Beta adrenergní a antiarytmický účinek apaminu, složky včelího jedu". Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  16. ^ "Apamin" (PDF). Arch s daty o bezpečnosti materiálu.
  17. ^ A b C Faber ES, Sah P (říjen 2007). "Funkce SK kanálů v centrálních neuronech". Klinická a experimentální farmakologie a fyziologie. 34 (10): 1077–83. doi:10.1111 / j.1440-1681.2007.04725.x. PMID  17714097.

externí odkazy