Дендротоксин: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
(Показать все непатрулированные изменения)
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
дополнение, источники
викификация, оформление
Строка 2: Строка 2:


== Функциональные эффекты в нервной системе ==
== Функциональные эффекты в нервной системе ==
Дендротоксины показали способность к блокированию определённых подтипов потенциалзависимых каналов калия (K<sup>+</sup>) в ткани нейронов. В нервной системе K<sup>+</sup> каналы контролируют возбудимость нервов и мышц, контролируя [[Потенциал покоя|мембранный потенциал покоя]] и реполяризируя мембрану во время [[Потенциал действия|потенциалов действия]]. Дендротоксин, как было показано, связывает [[узлы Ранвье]] [[Мотонейрон|мотонейронов]]<ref>Gasparini S, Danse J-M, Licoq A, Pinkasfeld S, Zinn-Justin S, Young LC, C.L. de Medeiros C, Rowan EG, Harvey AL, and Me’nez A (1998). Delineation of the Functional Site of alpha-dendrotoxin: The functional topographies of dendrotoxins are different but share a conserved core with those of other K<sub>V</sub>1 potassium channel-blocking toxins. ''J Biol Chem'' 273:25393-25403</ref> и блокирует активность калиевых каналов. Таким образом, дендротоксины продлевают продолжительность потенциалов действия и увеличивают высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечном соединении, которое может привести к мышечной перевозбудимости и судорогам.
Дендротоксины показали способность к блокированию определённых подтипов потенциалзависимых каналов калия (K<sup>+</sup>) в ткани нейронов. В нервной системе K<sup>+</sup> каналы контролируют возбудимость нервов и мышц, контролируя [[Потенциал покоя|мембранный потенциал покоя]] и реполяризируя мембрану во время [[Потенциал действия|потенциалов действия]]. Дендротоксин, как было показано, связывает [[узлы Ранвье]] [[Мотонейрон|мотонейронов]]<ref>{{cite pmid|9738007}}</ref> и блокирует активность калиевых каналов. Таким образом, дендротоксины продлевают продолжительность потенциалов действия и увеличивают высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечном соединении, которое может привести к мышечной перевозбудимости и судорогам.


== Структура дендротоксинов ==
== Структура дендротоксинов ==


[[Image:Dendrotoxin alpha.jpg|thumb|Пространственная модель альфа-дендротоксина]]
[[Image:Dendrotoxin alpha.jpg|thumb|Пространственная модель альфа-дендротоксина]]
Дендротоксины являются ~ 7kDa белками, состоящими из одной пептидной цепи из приблизительно 57-60 аминокислот. Были выделены несколько гомологов альфа-дендротоксина, все обладающие несколько иной последовательностью. Тем не менее, молекулярная архитектура и складная конформация этих белков очень похожи. Дендротоксины обладают очень короткой 3<sub>10</sub>-спиралью вблизи N-конца пептида, в то время как два оборота [[Альфа-спираль|альфа-спирали]] происходит вблизи С-конца. Двунитевой антипараллельный [[β-лист]] занимает центральную часть молекулярной структуры. Эти две β-нити соединены искаженной областью β-оборота<ref>Katoh E, Nishio H, Inui T, Nishiuchi Y, Kimura T, Sakakibara S, Yamazaki T (2000). Structural Basis for the Biological Activity of Dendrotoxin-I, a Potent Potassium Channel Blocker. ''Biopolymers'' 54:44-57</ref>, что, предположительно, играет важную роль в активности связывания белка. Все дендротоксины сшиты тремя [[Дисульфидная связь|дисульфидными связями]], которые добавляют стабильность белку и в значительной степени способствует её структурной конформации. Радикалы [[Цистеин|цистеина]], образующие эти дисульфидные связи были законсервированы среди всех членов семейства дендротоксинов, и расположены в C7-C57, С16-С40, и С32-С53 (нумерация согласно альфа-дендротоксинам).
Дендротоксины являются ~ 7kDa белками, состоящими из одной пептидной цепи из приблизительно 57-60 аминокислот. Были выделены несколько гомологов альфа-дендротоксина, все обладающие несколько иной последовательностью. Тем не менее, молекулярная архитектура и складная конформация этих белков очень похожи. Дендротоксины обладают очень короткой 3<sub>10</sub>-спиралью вблизи N-конца пептида, в то время как два оборота [[Альфа-спираль|альфа-спирали]] происходит вблизи С-конца. Двунитевой антипараллельный [[β-лист]] занимает центральную часть молекулярной структуры. Эти две β-нити соединены искаженной областью β-оборота<ref>{{cite pmid|10799980}}</ref>, что, предположительно, играет важную роль в активности связывания белка. Все дендротоксины сшиты тремя [[Дисульфидная связь|дисульфидными связями]], которые добавляют стабильность белку и в значительной степени способствует её структурной конформации. Радикалы [[Цистеин|цистеина]], образующие эти дисульфидные связи были законсервированы среди всех членов семейства дендротоксинов, и расположены в C7-C57, С16-С40, и С32-С53 (нумерация согласно альфа-дендротоксинам).


Дендротоксины структурно гомологичны [[Серпин|ингибиторам серпиновых протеаз]] (ИСП), в том числе [[Апротинин|апротинину]]. Было показано, что последовательности альфа-дендротоксина и ИСП идентичны на 35% и имеют идентичные дисульфидные связи. Несмотря на структурную гомологию между этими двумя белками, дендротоксины не показывают никакого ощутимо ингибирующего действия, в отличие от ИСП. Эта потеря активности возможно является результатом отсутствия ключевых аминокислотных радикалов, которые производят структурные различия, препятствующие ключевым взаимодействиям, необходимым для активности ИСП.
Дендротоксины структурно гомологичны [[Серпин|ингибиторам серпиновых протеаз]] (ИСП), в том числе [[Апротинин|апротинину]]. Было показано, что последовательности альфа-дендротоксина и ИСП идентичны на 35% и имеют идентичные дисульфидные связи. Несмотря на структурную гомологию между этими двумя белками, дендротоксины не показывают никакого ощутимо ингибирующего действия, в отличие от ИСП. Эта потеря активности возможно является результатом отсутствия ключевых аминокислотных радикалов, которые производят структурные различия, препятствующие ключевым взаимодействиям, необходимым для активности ИСП.


Дендротоксины – [[Основание (химия)|основные]] белки, имеющие положительный [[Электрический заряд|заряд]] при нейтральном [[Водородный показатель|pH]]. Большинство положительно заряженных радикалов аминокислот находятся в нижней части структуры, создавая [[Ион|катионную]] область в одной части белка. Положительный заряд исходит от радикалов [[Лизин|лизина]](Lys) и [[Аргинин|аргинина]](Arg), которые сконцентрированы на трёх основных участках: вблизи N-конца (Arg3, Arg4, Lys5), вблизи C-конца (Arg54, Arg55) и узкой области β-оборота (Lys28, Lys29, Lys30).<ref>Swaminathan P, Hariharan M, Murali R, Singh CU (1996). Molecular Structure, Conformational Analysis, and Structure-Activity Studies of Dendrotoxin and Its Homologues Using Molecular Mechanics and Molecular Dynamics Techniques. J Med Chem. 39:2141-2155</ref> Полагают, что эти положительно заряженные радикалы могут играть критичную роль в связывающей активности дендротоксинов, так как они могут взаимодействовать с анионными участками (отрицательно заряженными аминокислотами) в порах калиевых каналов.
Дендротоксины – [[Основание (химия)|основные]] белки, имеющие положительный [[Электрический заряд|заряд]] при нейтральном [[Водородный показатель|pH]]. Большинство положительно заряженных радикалов аминокислот находятся в нижней части структуры, создавая [[Ион|катионную]] область в одной части белка. Положительный заряд исходит от радикалов [[Лизин|лизина]](Lys) и [[Аргинин|аргинина]](Arg), которые сконцентрированы на трёх основных участках: вблизи N-конца (Arg3, Arg4, Lys5), вблизи C-конца (Arg54, Arg55) и узкой области β-оборота (Lys28, Lys29, Lys30)<ref>{{cite pmid|8667358}}</ref>. Полагают, что эти положительно заряженные радикалы могут играть критичную роль в связывающей активности дендротоксинов, так как они могут взаимодействовать с анионными участками (отрицательно заряженными аминокислотами) в порах калиевых каналов.
== Биологическая активность ==
== Биологическая активность ==
=== Механизм действия ===
=== Механизм действия ===
Одна молекула дендротоксина обратимо связывается с калиевым каналом для того, чтобы оказать ингибирующий эффект. Предполагается что это взаимодействие инициируется [[Электростатика|электростатическими]] взаимодействиями между положительно заряженными радикалами аминокислот в катионной области дендротоксина и отрицательно заряженными радикалами в порах [[Ионные каналы|ионных каналов]]. Калиевые каналы, как и другие катионно-избирательные каналы, предположительно имеют облако отрицательных зарядов, находящихся перед входным отверстием в пору канала, которое помогает проводить ионы калия по пути проникновения. Обычно считается (но не доказано), что молекулы дендротоксина связываются с [[анион]]ными связями вблизи внеклеточной поверхности канала и физически закрывают пору, тем самым предотвращая проведение ионов. Однако, Имреди и МакКиннон<ref>Imredy JP, and MacKinnon R (2000). Energetic and Structural Interactions between delta-Dendrotoxin and a Voltage-gated Potassium Channel. J. Mol. Biol. 296:1283-1294</ref> предположили, что дельта-дендротоксин может иметь отклонённое от центра место связывания на целевых белках, и может ингибировать канал путём изменения его структуры, а не физического блокирования пор.
Одна молекула дендротоксина обратимо связывается с калиевым каналом для того, чтобы оказать ингибирующий эффект. Предполагается что это взаимодействие инициируется [[Электростатика|электростатическими]] взаимодействиями между положительно заряженными радикалами аминокислот в катионной области дендротоксина и отрицательно заряженными радикалами в порах [[Ионные каналы|ионных каналов]]. Калиевые каналы, как и другие катионно-избирательные каналы, предположительно имеют облако отрицательных зарядов, находящихся перед входным отверстием в пору канала, которое помогает проводить ионы калия по пути проникновения. Обычно считается (но не доказано), что молекулы дендротоксина связываются с [[анион]]ными связями вблизи внеклеточной поверхности канала и физически закрывают пору, тем самым предотвращая проведение ионов. Однако, Имреди и МакКиннон<ref>{{cite pmid|10698633}}</ref> предположили, что дельта-дендротоксин может иметь отклонённое от центра место связывания на целевых белках, и может ингибировать канал путём изменения его структуры, а не физического блокирования пор.
=== Биологически важные радикалы ===
=== Биологически важные радикалы ===
<ref>{{cite pmid|9278975}}</ref>
<ref>Harvey AL, Rowan EG, Vatanpour H, Engstrom A, Westerlund B, Karlsson E (1997). Changes to biological activity following acetylation of dendrotoxin I from Dendroaspis polylepis (black mamba). Toxicon 35:1263-1273</ref>
<ref>{{cite pmid|10429207}}</ref>
<ref> Wang FC, Bell N, Reid P, Smith LA, McIntosh P, Robertson B, and Dolly JO (1999). Identification of residues in dendrotoxin K responsible for its discrimination between neuronal K+ channels containing KV1.1 and 1.2 alpha subunits. Eur J Biochem 263:222-229</ref>
== Использование в исследованиях ==
== Использование в исследованиях ==
Калиевые каналы нейронов [[Позвоночные|позвоночных]] имеют множество разновидностей, позволяющих им подстраивать свойства их электрических сигналов проявлением различных комбинаций подгрупп калиевых каналов. К тому же, так как они регулируют движения ионов через биологические мембраны, они являются важными во многих аспектах клеточной регуляции и передаче сигналов разных типов клеток. Следовательно, потенциалозависимые калиевые каналы являются целями для широкого спектра сильнодействующих биологических токсинов таких животных, как змеи, [[Скорпионы|скорпионы]], актинии и конических [[Улитки|улиток]]. Так, [[Очищение|очищение]] яда привело к выделению пептидных токсинов, таких, как дендротоксин, которые стали полезными фармакологическими инструментами для изучения калиевых каналов. В связи с их активностью и избирательностью к различным подтипам калиевых каналов, дендротоксины стали пригодными к использованию в качестве молекулярных зондов для структурного и функционального анализа этих белков. Это может помочь пониманию ролей, играемых отдельными типами каналов, а также помочь классифицированию разнообразных типов каналов.<ref> Yoshida S and Matsumoto S (2005). Effects of alpha-dendrotoxin on K+ currents and action potentials in tetrodotoxin-resistant adult rat trigeminal ganglion neurons. J Pharmacol Exp Ther 314:437-445</ref>
Калиевые каналы нейронов [[Позвоночные|позвоночных]] имеют множество разновидностей, позволяющих им подстраивать свойства их электрических сигналов проявлением различных комбинаций подгрупп калиевых каналов. К тому же, так как они регулируют движения ионов через биологические мембраны, они являются важными во многих аспектах клеточной регуляции и передаче сигналов разных типов клеток. Следовательно, потенциалозависимые калиевые каналы являются целями для широкого спектра сильнодействующих биологических токсинов таких животных, как змеи, [[Скорпионы|скорпионы]], актинии и конических [[Улитки|улиток]]. Так, [[Очищение|очищение]] яда привело к выделению пептидных токсинов, таких, как дендротоксин, которые стали полезными фармакологическими инструментами для изучения калиевых каналов. В связи с их активностью и избирательностью к различным подтипам калиевых каналов, дендротоксины стали пригодными к использованию в качестве молекулярных зондов для структурного и функционального анализа этих белков. Это может помочь пониманию ролей, играемых отдельными типами каналов, а также помочь классифицированию разнообразных типов каналов<ref>{{cite pmid|15831438}}</ref>.
== Примечания ==
== Примечания ==
{{примечания}}
{{примечания}}

Версия от 10:58, 26 июня 2016

Дендротоксины — класс пресинаптических нейротоксинов, вырабатываемых змеями рода мамба и блокирующих определённые подтипы потенциалзависимых калиевых каналов в нейронах, тем самым повышая высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах. Благодаря высокой эффективности и селективности для калиевых каналов, дендротоксины оказались чрезвычайно полезными в качестве фармакологических средств для изучения структуры и функции этих белков ионных каналов.

Функциональные эффекты в нервной системе

Дендротоксины показали способность к блокированию определённых подтипов потенциалзависимых каналов калия (K+) в ткани нейронов. В нервной системе K+ каналы контролируют возбудимость нервов и мышц, контролируя мембранный потенциал покоя и реполяризируя мембрану во время потенциалов действия. Дендротоксин, как было показано, связывает узлы Ранвье мотонейронов[1] и блокирует активность калиевых каналов. Таким образом, дендротоксины продлевают продолжительность потенциалов действия и увеличивают высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечном соединении, которое может привести к мышечной перевозбудимости и судорогам.

Структура дендротоксинов

Пространственная модель альфа-дендротоксина

Дендротоксины являются ~ 7kDa белками, состоящими из одной пептидной цепи из приблизительно 57-60 аминокислот. Были выделены несколько гомологов альфа-дендротоксина, все обладающие несколько иной последовательностью. Тем не менее, молекулярная архитектура и складная конформация этих белков очень похожи. Дендротоксины обладают очень короткой 310-спиралью вблизи N-конца пептида, в то время как два оборота альфа-спирали происходит вблизи С-конца. Двунитевой антипараллельный β-лист занимает центральную часть молекулярной структуры. Эти две β-нити соединены искаженной областью β-оборота[2], что, предположительно, играет важную роль в активности связывания белка. Все дендротоксины сшиты тремя дисульфидными связями, которые добавляют стабильность белку и в значительной степени способствует её структурной конформации. Радикалы цистеина, образующие эти дисульфидные связи были законсервированы среди всех членов семейства дендротоксинов, и расположены в C7-C57, С16-С40, и С32-С53 (нумерация согласно альфа-дендротоксинам).

Дендротоксины структурно гомологичны ингибиторам серпиновых протеаз (ИСП), в том числе апротинину. Было показано, что последовательности альфа-дендротоксина и ИСП идентичны на 35% и имеют идентичные дисульфидные связи. Несмотря на структурную гомологию между этими двумя белками, дендротоксины не показывают никакого ощутимо ингибирующего действия, в отличие от ИСП. Эта потеря активности возможно является результатом отсутствия ключевых аминокислотных радикалов, которые производят структурные различия, препятствующие ключевым взаимодействиям, необходимым для активности ИСП.

Дендротоксины – основные белки, имеющие положительный заряд при нейтральном pH. Большинство положительно заряженных радикалов аминокислот находятся в нижней части структуры, создавая катионную область в одной части белка. Положительный заряд исходит от радикалов лизина(Lys) и аргинина(Arg), которые сконцентрированы на трёх основных участках: вблизи N-конца (Arg3, Arg4, Lys5), вблизи C-конца (Arg54, Arg55) и узкой области β-оборота (Lys28, Lys29, Lys30)[3]. Полагают, что эти положительно заряженные радикалы могут играть критичную роль в связывающей активности дендротоксинов, так как они могут взаимодействовать с анионными участками (отрицательно заряженными аминокислотами) в порах калиевых каналов.

Биологическая активность

Механизм действия

Одна молекула дендротоксина обратимо связывается с калиевым каналом для того, чтобы оказать ингибирующий эффект. Предполагается что это взаимодействие инициируется электростатическими взаимодействиями между положительно заряженными радикалами аминокислот в катионной области дендротоксина и отрицательно заряженными радикалами в порах ионных каналов. Калиевые каналы, как и другие катионно-избирательные каналы, предположительно имеют облако отрицательных зарядов, находящихся перед входным отверстием в пору канала, которое помогает проводить ионы калия по пути проникновения. Обычно считается (но не доказано), что молекулы дендротоксина связываются с анионными связями вблизи внеклеточной поверхности канала и физически закрывают пору, тем самым предотвращая проведение ионов. Однако, Имреди и МакКиннон[4] предположили, что дельта-дендротоксин может иметь отклонённое от центра место связывания на целевых белках, и может ингибировать канал путём изменения его структуры, а не физического блокирования пор.

Биологически важные радикалы

[5] [6]

Использование в исследованиях

Калиевые каналы нейронов позвоночных имеют множество разновидностей, позволяющих им подстраивать свойства их электрических сигналов проявлением различных комбинаций подгрупп калиевых каналов. К тому же, так как они регулируют движения ионов через биологические мембраны, они являются важными во многих аспектах клеточной регуляции и передаче сигналов разных типов клеток. Следовательно, потенциалозависимые калиевые каналы являются целями для широкого спектра сильнодействующих биологических токсинов таких животных, как змеи, скорпионы, актинии и конических улиток. Так, очищение яда привело к выделению пептидных токсинов, таких, как дендротоксин, которые стали полезными фармакологическими инструментами для изучения калиевых каналов. В связи с их активностью и избирательностью к различным подтипам калиевых каналов, дендротоксины стали пригодными к использованию в качестве молекулярных зондов для структурного и функционального анализа этих белков. Это может помочь пониманию ролей, играемых отдельными типами каналов, а также помочь классифицированию разнообразных типов каналов[7].

Примечания

  1. ↑ Gasparini S., Danse J. M., Lecoq A., Pinkasfeld S., Zinn-Justin S., Young L. C., de Medeiros C. C., Rowan E. G., Harvey A. L., Ménez A. Delineation of the functional site of alpha-dendrotoxin. The functional topographies of dendrotoxins are different but share a conserved core with those of other Kv1 potassium channel-blocking toxins. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 1998. — Vol. 273, no. 39. — P. 25393—25403. — PMID 9738007. [исправить]
  2. ↑ Katoh E., Nishio H., Inui T., Nishiuchi Y., Kimura T., Sakakibara S., Yamazaki T. Structural basis for the biological activity of dendrotoxin-I, a potent potassium channel blocker. (англ.) // Biopolymers. — 2000. — Vol. 54, no. 1. — P. 44—57. — doi:10.1002/(SICI)1097-0282(200007)54:1<44::AID-BIP50>3.0.CO;2-Z. — PMID 10799980. [исправить]
  3. ↑ Swaminathan P., Hariharan M., Murali R., Singh C. U. Molecular structure, conformational analysis, and structure-activity studies of Dendrotoxin and its homologues using molecular mechanics and molecular dynamics techniques. (англ.) // Journal of medicinal chemistry. — 1996. — Vol. 39, no. 11. — P. 2141—2155. — doi:10.1021/jm950579p. — PMID 8667358. [исправить]
  4. ↑ Imredy J. P., MacKinnon R. Energetic and structural interactions between delta-dendrotoxin and a voltage-gated potassium channel. (англ.) // Journal of molecular biology. — 2000. — Vol. 296, no. 5. — P. 1283—1294. — doi:10.1006/jmbi.2000.3522. — PMID 10698633. [исправить]
  5. ↑ Harvey A. L., Rowan E. G., Vatanpour H., Engström A., Westerlund B., Karlsson E. Changes to biological activity following acetylation of dendrotoxin I from Dendroaspis polylepis (black mamba). (англ.) // Toxicon : official journal of the International Society on Toxinology. — 1997. — Vol. 35, no. 8. — P. 1263—1273. — PMID 9278975. [исправить]
  6. ↑ Wang F. C., Bell N., Reid P., Smith L. A., McIntosh P., Robertson B., Dolly J. O. Identification of residues in dendrotoxin K responsible for its discrimination between neuronal K+ channels containing Kv1.1 and 1.2 alpha subunits. (англ.) // European journal of biochemistry / FEBS. — 1999. — Vol. 263, no. 1. — P. 222—229. — PMID 10429207. [исправить]
  7. ↑ Yoshida S., Matsumoto S. Effects of alpha-dendrotoxin on K+ currents and action potentials in tetrodotoxin-resistant adult rat trigeminal ganglion neurons. (англ.) // The Journal of pharmacology and experimental therapeutics. — 2005. — Vol. 314, no. 1. — P. 437—445. — doi:10.1124/jpet.105.084988. — PMID 15831438. [исправить]
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Дендротоксин&oldid=79201490