Sarafotoxin - Sarafotoxin

Atractaspis engaddensis
Sarafotoxin a (SRTXa, S6a)
Sarafotoxin A.png
Identifikátory
Číslo CAS
PubChem CID
ChemSpider
Chemické a fyzikální údaje
VzorecC105H156N28Ó34S5
Molární hmotnost2514,85 g · mol−1
3D model (JSmol )

Sarafotoxiny (SRTX) jsou skupina toxiny přítomný v jedu Atractaspis engaddensis a v klinických studiích způsobují podobné příznaky jako pacienti s diagnostikovanou akutní giardiáza.[1] Dohromady s endoteliny (ET), tvoří homogenní rodinu silného vazokonstriktoru isopeptidy. Mezi nimi lze pojmenovat několik mírně odlišných látek, jako SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c, které byly původně odvozeny od Atractaspis engaddensis. Každý obsahuje dvacet jedna aminokyselinových zbytků, které se spontánně skládají do definované terciární struktury se dvěma vazbami mezi řetězci a cysteinem (disulfidové vazby ) a dlouhý hydrofobní ocas.[2] Existují také další sloučeniny, ale jsou to většinou derivace dříve zmíněných. Hlavní rozdíly v rodině endotelinu a sarafotoxinů se objevují na N-konci peptidů, protože C-konec je u všech téměř stejný.[3]

Sarafotoxin b (SRTXb, S6b)
Sarafotoxin B.png
Identifikátory
Číslo CAS
PubChem CID
ChemSpider
Chemické a fyzikální údaje
VzorecC110H159N27Ó34S5
Molární hmotnost2563,92 g · mol−1
3D model (JSmol )
Sarafotoxin c (SRTXc, S6c)
Sarafotoxin C.png
Identifikátory
Číslo CAS
ChemSpider
Chemické a fyzikální údaje
VzorecC103H147N27Ó37S5
Molární hmotnost2515,76 g · mol−1
3D model (JSmol )
Schématické znázornění dráhy safarotoxinu (a endotelinu).

Dějiny

V roce 1989, několik měsíců po hlášení objevu a popisu struktury endotelinu, byly publikovány sekvence prvních sarafotoxinů, SRTX-a, SRTX-b, SRTX-c. Podobnost se strukturou endotelinů vyvolala experimenty porovnávající obě skupiny a prokázající související aktivitu u testovaných subjektů.[3]

Ve stejném roce (1989) byl publikován článek popisující syntézu SRTX-b s analýzou vazokonstrikční aktivity syntetizovaných sloučenin. Bylo prokázáno, že SRTX-b a ET-1 / ET-3 sdílejí stejná vazebná místa, jejich účinnost se však liší.[4]

Syntéza

SRTX jsou hojně přítomny v jedech, zatímco ET jsou přítomny v nízké koncentraci u savců.[5]

Generují se ET i SRTX in vivo proteolytickým štěpením od větších prekurzorů. Mohou být také produkovány syntézou peptidů na pevné fázi a skládat se spontánně in vitro ve vysokém výtěžku do nativních terciárních struktur se správným párováním disulfidových vazeb cysteinů.[6]

Kompletní cDNA sekvence SRTX obsahuje 1948 párů bází (bp) kódujících pre-pro-polypeptid s 543 aminokyselinami, který začíná methioninem, který iniciuje translaci, následovanou hydrofobním peptidem charakteristickým pro signální sekvenci. Aminokyselinová sekvence obsahuje jednu sekvenci 39 aminokyselinových zbytků následovanou 11 sekvencemi 40 zbytků, každá z nich obsahuje jednu sekvenci SRTX, které předchází 19 spacerových aminokyselin. Izoforma SRTX-c je nejhojnější v jedu a je také izoformou s největším počtem kopií (celkem pět) v předchůdci.[5]

Metabolismus

V případě vazby ET / SRTX na receptory a vytvoření komplexů receptor-ligand v různých tkáních je pozorováno velmi pomalé tempo disociace. V experimentech prováděných na potkanech je poločas SRTX-b v ileu asi 7 minut (ve srovnání s 2 hodinami v případě ET-3), zatímco v mozečku je t1/2 hodnoty jsou více než 2–3 hodiny pro SRTX-b i ET-1, zatímco v případě ET-3 je míra disociace zanedbatelná.[7]

Jodovaný SRTX-b se váže specificky na přípravky síňových membrán s maximální vazebnou kapacitou 110 fmol na mg proteinu a disociační konstantou (K.D) 3–5 nM.[8] SRTX-a, SRTX-b a STRX-c inhibují vazbu jodovaného SRTX-b v síni při průměrných inhibičních koncentracích (IC50) 30, 25, respektive 100 nM. Ukázaly to také další vazebné experimenty 125I-SRTX-b rozpoznává místa v mozečku K krysyD = 3,5 nM a mozková kůra K.D= 0,3 nM.[9]

Dále se ukázalo, že:

  • 1. Mobilizace intracelulárního Ca2+ ionty jsou úzce spojeny s biologickou aktivitou sarafotoxinů;
  • 2. Blokátory specifické pro Ca2+ kanály, jako je verapamil nebo ninodipin, nemají žádný vliv na schopnost vazby 125I-SRTX-b;
  • 3. Hydrolýza fosfoinositidů je indukována vazbou SRTX.[10]

Výše uvedené charakteristiky naznačují, že sarafotoxiny (a endoteliny) používají fosfoinositidovou signální transdukční cestu přes specifické receptory spojené s G proteinem, který, jak se zdá, aktivuje fosfolipázy typu C a D.[11][12] Rozdílné a rozšířené podtypy glykosylovaných receptorů jsou však SRTX a ET funkčně rozpoznávány.[13][14] Protože všechny tři izoformy endotelinů a sarafotoxinů se vzájemně ovlivňují se stejnou afinitou, ETB-R vypadá méně selektivně než ETA-R. Variabilní tkáňová distribuce míst vázajících endotelin a různé biologické účinky prokázané v různých orgánech však naznačují možnost existence dalších podtypů receptorů pro endotelin / sarafotoxin.[15] Schopnost egyptské mongoózy odolávat velmi vysokým koncentracím SRTX-b proto může být způsobena přítomností další rodiny vazebných míst umístěných v kardiovaskulární tkáni, která odlišuje ET-1 a SRTX-b.[16]

Mechanismus účinku

Sarafotoxiny sdílejí velmi vysokou strukturní a funkční homologii s ET, a tak aktivují endotelinové receptory, endotelinový receptor typu A (ETA) a endotelinový receptor typu B (ETB). Tyto receptory jsou Receptory spojené s G-proteinem.[17] ETB receptory váží ET a SRTX s malou selektivitou, zatímco ETA receptory vykazují větší afinitu k ET-1, ET-2 a SRTX-b, nad ET-3 a SRTX-c.[18] C-terminál, zejména Trp21 je rozhodující pro vysokou vazbu na ETA a ETB.[19]

Aktivace těchto receptorů má za následek zvýšení intracelulárního volného vápníku. ETA receptory zprostředkovávají vazokonstrikci a buněčnou proliferaci a ETB receptory jsou důležité pro uvolňování oxidu dusnatého (vazodilatace) a prostacyklinu a inhibici Enzym převádějící endotelin (ECE), který syntetizuje ET-1. Zvýšením vazokonstrikce způsobují sarafotoxiny bronchokonstrikci, což zvyšuje odpor dýchacích cest. Bronchokonstrikce je také způsobena dysfunkcí levé komory způsobenou SRTX. Relaxace levé komory je narušena, což může vyvolat zvýšení plicního mikrovaskulárního hydrostatického tlaku, což by následně vedlo k otokům v plicích a zúžení průdušek.[20]

Farmakologie

V testu na králících bylo pozorováno významné zlepšení ochrany proti arytmickým účinkům a zmenšení velikosti infarktu po exogenním podání SRTX-c (v dávce 0,24 nmol / kg, i.v.) před nehodou s koronární okluzí. Toho bylo dosaženo díky schopnosti SRTX-c aktivovat vybraný ETB receptory.[21]

U krysí hrudní aorty je kontraktilní aktivita seskupena následovně: ET-1> SRTX-b> SRTX-a> SRTX-c při nižších koncentracích, ale SRTX-b> ET-1> SRTX-a> SRTX-c při vyšších koncentrace.

Intraarteriální injekce SRTX-b způsobují na dávce závislé zvýšení perfuzního tlaku v dávkách od 30 do 300 pmol. Vazokonstrikční aktivita SRTX-b je méně pozoruhodná než aktivita ET-1 při dávkách nižších než 100 pmol, zatímco při dávce 300 pmol je aktivita SRTX-b vyšší než aktivita ET-1. Čas potřebný k obnovení perfuzního tlaku k základním hodnotám po bolusové injekci 300 pmol SRTX-b je kratší než u ET-1.

Prahová vazokonstrikční dávka SRTX-a je třikrát větší než dávka SRTX-b. Při dávce 300 pmol je vzestup perfuzního tlaku způsobený SRTX-a přibližně 8krát menší než vzestup SRTX-b. SRTX-c vykazuje slabou vazokonstrikci produkující velmi malé zvýšení perfuzního tlaku.[22]

Toxicita

SRTX-b a SRTX-a jsou vysoce smrtelné a způsobují srdeční zástavu a smrt u myší během několika minut po intravenózním podání, LD50 pro myši byla detekována pro přibližně 0,015 mg / kg tělesné hmotnosti a LD50 0,3 mg / kg v případě SRTX-c.[8][23][24]

Účinky

U lidí se objevují lokální účinky, které se projeví během několika minut: edém, erytém a necitlivost následované systémovými účinky, které zahrnují celkovou slabost, pocení, bledost, kolísání úrovně vědomí, zvracení, vodnatý nekrvavý průjem, vysoký krevní tlak, játra poškození, krvácení, dušnost, hypoxie, hyperkapnie a poruchy srdeční činnosti.[25]

Zprávy o srdečních poruchách popisují prodloužený interval P-R a změny v segmentu S-T. Srdeční poruchy mohou být způsobeny buď přímými účinky jedu na srdce, nebo hypoxií způsobenou respiračními poruchami.[26]

Účinky na zvířata

U myší a potkanů: bylo prokázáno, že sarafotoxin má tři nezávislé účinky na srdce myší i potkanů, rychlou a výraznou vazokonstrikci koronárních cév, těžkou atrioventrikulární blokádu a pomalejší, ale velmi silný pozitivní inotropní účinek. Rovněž se váže s vysokou afinitou na membrány síní a mozku a indukuje hydrolýzu fosfoinositidů v těchto tkáních.

Ve studii zkoumající dopad sarafotoxinu-b na respirační vlastnosti bylo zjištěno, že došlo k výraznému zvýšení odporu dýchacích cest. To bylo pravděpodobně způsobeno bronchokonstrikcí. K bronchokonstrikci došlo v důsledku zúžení hladkého svalstva a zesílení stěny dýchacích cest v důsledku peribronchiálního edému. Tento peribronchiální edém je pravděpodobně způsoben narušením relaxace levé komory a zvýšením mikrovaskulárního hydrostatického tlaku. Dokazující tuto teorii edému byla během vyšetřování nalezena v tracheálních kanylách po injekci sarafotoxinu hojná a pěnivá tekutina.[27]

Stejná studie také zjistila výrazné poruchy výměny plynů a acidobazické rovnováhy po injekci toxinu. Akutní hypoxémie byla způsobena bronchokonstrikcí a plicním edémem. Hypoxemie byla spojena s metabolickou acidózou a zvýšení aniontové mezery mohlo být způsobeno zvýšením laktátů v krvi vyvolaným hypoxií. Rovněž došlo k měřenému poklesu PCO₂, což lze vysvětlit snížením srdečního výdeje. snížení transportu oxidu uhličitého do plic.

Výzkum a klinické použití

Lauer-Fields a kol. (2007), používají C-terminálně zkrácenou SRTX-b, aby fungovaly jako a inhibitor metaloproteinázy matrix. Odstranění C-konce eliminuje jeho toxickou vasopresivní aktivitu a také aktivitu inhibitoru matrixové metaloproteinázy, avšak s dalšími změnami aminokyselin je inhibiční aktivita matrixové metaloproteinázy znovu získána a zvýšena. Tento modifikovaný sarafotoxin je užitečný pro léčbu některých patologických stavů včetně artritida, kardiovaskulární choroby a nádorové buňky metastáza.[6]

Reference

  1. ^ Solarczyk P, Majewska A (2015). „Důsledky taxonomických kontroverzí Giardia a genetické rozmanitosti“. Problemy Higieny I Epidemiologii. 96 (3): 540–546.
  2. ^ Nayler WG, Gu XH, Casley DJ (květen 1989). „Sarafotoxin S6c je relativně slabý vytěsňovač specificky vázaného 125I-endotelinu“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 161 (1): 89–94. doi:10.1016 / 0006-291x (89) 91564-7. PMID  2543414.
  3. ^ A b Kloog Y, Sokolovsky M (červen 1989). "Podobnosti v režimu a místech působení sarafotoxinů a endotelinů". Trendy ve farmakologických vědách. 10 (6): 212–4. doi:10.1016/0165-6147(89)90261-7. PMID  2549664.
  4. ^ Nakajima K, Kumagaye S, Nishio H, Kuroda H, Watanabe TX, Kobayashi Y a kol. (01.01.1989). „Syntéza analogů endotelinu-1, endotelinu-3 a sarafotoxinu S6b: vztahy mezi strukturou a aktivitou“. Journal of Cardiovascular Pharmacology (v japonštině). 13 Suppl 5 (SUPPL. 5): S8–12, diskuse S18. doi:10.1097/00005344-198900135-00004. PMID  2473333. S2CID  39934983.
  5. ^ A b Ducancel F (prosinec 2005). "Peptidy podobné endotelinu". Buněčné a molekulární biologické vědy. 62 (23): 2828–39. doi:10.1007 / s00018-005-5286-x. PMID  16261262. S2CID  22884824.
  6. ^ A b Lauer-Fields JL, Cudic M, Wei S, Mari F, Fields GB, Brew K (září 2007). "Inženýrské sarafotoxiny jako tkáňový inhibitor metaloproteinázových matricových metaloproteinázových inhibitorů". The Journal of Biological Chemistry. 282 (37): 26948–55. doi:10,1074 / jbc.M611612200. PMID  17626018.
  7. ^ Sokolovsky M (1992). „Endoteliny a sarafotoxiny: fyziologická regulace, subtypy receptorů a transmembránová signalizace“. Farmakologie a terapeutika. 54 (2): 129–49. doi:10.1016/0163-7258(92)90030-4. PMID  1438530.
  8. ^ A b Kloog Y, Ambar I, Sokolovsky M, Kochva E, Wollberg Z, Bdolah A (říjen 1988). „Sarafotoxin, nový vazokonstrikční peptid: hydrolýza fosfoinositidu v srdci a mozku krysy“. Věda. 242 (4876): 268–70. Bibcode:1988Sci ... 242..268K. doi:10.1126 / science.2845579. PMID  2845579.
  9. ^ Ambar I, Kloog Y, Kochva E, Wollberg Z, Bdolah A, Oron U, Sokolovsky M (prosinec 1988). "Charakterizace a lokalizace nového neuroreceptoru pro peptid sarafotoxin". Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 157 (3): 1104–10. doi:10.1016 / s0006-291x (88) 80987-2. PMID  3207419.
  10. ^ Ducancel F (listopad 2002). "Sarafotoxiny". Toxicon. 40 (11): 1541–5. doi:10.1016 / S0041-0101 (02) 00159-9. PMID  12419504.
  11. ^ Sakurai T, Yanagisawa M, Masaki T (březen 1992). "Molekulární charakterizace endotelinových receptorů". Trendy ve farmakologických vědách. 13 (3): 103–8. doi:10.1016/0165-6147(92)90038-8. PMID  1315462.
  12. ^ Galron R, Kloog Y, Bdolah A, Sokolovsky M (leden 1990). "Různé cesty hydrolýzy fosfoinositidu stimulovaného endotelinem / sarafotoxinem v myocytech". European Journal of Pharmacology. 188 (1): 85–8. doi:10.1016 / 0922-4106 (90) 90251-r. PMID  2155126.
  13. ^ Sokolovsky M (červenec 1991). „Endoteliny a sarafotoxiny: fyziologická regulace, subtypy receptorů a transmembránová signalizace“. Trendy v biochemických vědách. 16 (7): 261–4. doi:10.1016 / 0968-0004 (91) 90100-a. PMID  1656557.
  14. ^ Davenport AP, Hoskins SL, Kuc RE, Plumpton C (listopad 1996). "Diferenciální distribuce endotelinových peptidů a receptorů v lidské nadledvině". Histochemický časopis. 28 (11): 779–89. doi:10.1007 / BF02272151. PMID  8968730. S2CID  24398556.
  15. ^ Sokolovsky M, Ambar I, Galron R (říjen 1992). "Nový podtyp endotelinových receptorů". The Journal of Biological Chemistry. 267 (29): 20551–4. PMID  1400372.
  16. ^ Bdolah A, Kochva E, Ovadia M, Kinamon S, Wollberg Z (srpen 1997). „Odpor egyptské mongoózy vůči sarafotoxinům“. Toxicon. 35 (8): 1251–61. doi:10.1016 / s0041-0101 (97) 00019-6. PMID  9278974.
  17. ^ Lüscher TF, Barton M (listopad 2000). „Endoteliny a antagonisté endotelinových receptorů: terapeutické úvahy pro novou třídu kardiovaskulárních léků“. Oběh. 102 (19): 2434–40. doi:10.1161 / 01.CIR.102.19.2434. PMID  11067800.
  18. ^ Cody WL, Doherty AM (01.01.1995). "Vývoj silných peptidových agonistů a antagonistů pro endotelinové receptory". Biopolymery. 37 (2): 89–104. doi:10,1002 / bip.360370205. PMID  7893949. S2CID  21638374.
  19. ^ Gray GA, Webb DJ (1996). "Endotelinový systém a jeho potenciál jako terapeutického cíle při kardiovaskulárních onemocněních". Farmakologie a terapeutika. 72 (2): 109–48. doi:10.1016 / s0163-7258 (96) 00101-5. PMID  8981573.
  20. ^ Lal H, Woodward B, Williams KI (červen 1995). "Působení endotelinů a sarafotoxinu 6c v krysí izolované perfundované plíce". British Journal of Pharmacology. 115 (4): 653–9. doi:10.1111 / j.1476-5381.1995.tb14982.x. PMC  1908493. PMID  7582486.
  21. ^ Das B, Sarkar C, Shankar PR (srpen 2007). „Předběžná léčba sarafotoxinem 6c před koronární okluzí chrání před infarktem a arytmiemi prostřednictvím aktivace mitochondriálního K (ATP) kanálu kardiomyocytů v neporušeném králičím srdci během ischemie / reperfúze.“ Kardiovaskulární léky a terapie. 21 (4): 243–51. doi:10.1007 / s10557-007-6031-5. PMID  17520332. S2CID  20977122.
  22. ^ Kitazumi K, Shiba T, Nishiki K, Furukawa Y, Takasaki C, Tasaka K (leden 1990). „Vztah struktura-aktivita ve vazokonstrikčních účincích sarafotoxinů a endotelinu-1“. FEBS Dopisy. 260 (2): 269–72. doi:10.1016/0014-5793(90)80120-8. PMID  2404800. S2CID  85117270.
  23. ^ Takasaki C, Tamiya N, Bdolah A, Wollberg Z, Kochva E (01.01.1988). „Sarafotoxiny S6: několik isotoxinů z jedu Atractaspis engaddensis (hrabající se asp), které ovlivňují srdce“. Toxicon. 26 (6): 543–8. doi:10.1016/0041-0101(88)90234-6. PMID  3176048.
  24. ^ Mahjoub Y, Malaquin S, Mourier G, Lorne E, Abou Arab O, Massy ZA a kol. (2015-07-15). „Krátce versus dlouhé sarafotoxiny: dva strukturálně příbuzné hadí toxiny s velmi odlišnými hemodynamickými účinky in vivo“. PLOS ONE. 10 (7): e0132864. Bibcode:2015PLoSO..1032864M. doi:10.1371 / journal.pone.0132864. PMC  4503772. PMID  26176218.
  25. ^ Kurnik D, Haviv Y, Kochva E (leden 1999). „Hadí kousnutí od Burrowing Asp, Atractaspis engaddensis“. Toxicon. 37 (1): 223–7. doi:10.1016 / S0041-0101 (98) 00166-4. PMID  9920494.
  26. ^ Weiser E, Wollberg Z, Kochva E, Lee SY (1. 1. 1984). "Kardiotoxické účinky jedu hrabajícího asp, Atractaspis engaddensis (Atractaspididae, Ophidia)". Toxicon. 22 (5): 767–74. doi:10.1016/0041-0101(84)90159-4. PMID  6523505.
  27. ^ Malaquin S, Bayat S, Abou Arab O, Mourier G, Lorne E, Kamel S a kol. (Červenec 2016). „Respirační účinky sarafotoxinů z jedu různých druhů hadů rodu Atractaspis“. Toxiny. 8 (7): 215. doi:10,3390 / toxiny8070215. PMC  4963848. PMID  27409637.