Calciseptina

Se ha demostrado que la calciseptina inhibe específicamente los canales de Ca²⁺ dependientes de voltaje de tipo L ^y fue el primer polipéptido natural descubierto con esta propiedad. Los inhibidores polipeptídicos específicos de los canales sensibles al voltaje son herramientas importantes en la investigación, y ya se conocían para los canales de Na⁺ sensibles al voltaje ^{, los canales de K⁺} sensibles al voltaje y activados por ^Ca²⁺ , y para los canales de ^Ca²⁺ de tipo N. ^{[ 1 ]}

Antes de que se secuenciara la calciseptina y se demostrara que era un inhibidor específico del canal de calcio de tipo L , no se conocían inhibidores polipeptídicos específicos para este tipo de canales dependientes de voltaje. Los bloqueadores específicos del canal de tipo L eran pequeñas moléculas orgánicas como las 1,4- dihidropiridinas . Se sugirió que los inhibidores polipeptídicos podrían encontrarse en los venenos de serpiente. La calciseptina confirmó esto, ya que se demostró que no solo bloqueaba los canales de tipo L de forma específica, sino que también lo hacía exactamente en el mismo lugar que las 1,4- dihidropiridinas . ^{[ 5 ]} Después de la calciseptina, también se encontraron otros polipéptidos que bloqueaban específicamente los canales de tipo L: FS2, C10S2C2 y S4C8. ^{[ 1 ]}

La calciseptina pertenece a una familia de péptidos tóxicos presentes en los venenos de serpiente. Las proteínas de esta familia son pequeñas y constan de entre 58 y 74 aminoácidos. Todas poseen la misma estructura de tres dedos, que se origina por la formación de cuatro puentes disulfuro entre ocho residuos de cisteína. ^{[ 7 ]}

Las actividades de estas toxinas, aunque pertenecen a la misma familia, son en realidad bastante diversas y pueden abarcar desde el bloqueo de los receptores de acetilcolina hasta la alteración de la permeabilidad de la membrana. Su característica común es que todas afectan la transducción de señales de alguna manera. ^{[ 7 ]}

La calciseptina en sí consta de 60 aminoácidos y ha sido secuenciada completamente: ^{[ 8 ]}

RICYIHKASL PRATKTCVEN TCYKMFIRTQ REYISERGCG CPTAMWPYQT ECCKGDRCNK

La estructura tridimensional de la calciseptina no se ha determinado experimentalmente. Sin embargo, otra toxina presente en el veneno de la mamba negra, denominada FS2, difiere de la calciseptina en solo tres residuos: contiene una serina en lugar de isoleucina en la posición 5, una histidina en lugar de glutamina en la posición 30 y una glutamina en lugar de ácido glutámico en la posición 32. ^{[ 1 ]} Se ha determinado la estructura tridimensional de FS2 mediante RMN y, debido a las pequeñas diferencias secuenciales, esta puede servir como modelo de la estructura de la calciseptina. ^{[ 9 ]}

Dado que la serpiente inyecta la calciseptina en su presa junto con el resto de su veneno, esta no tiene que atravesar la barrera protectora de la piel y se inyecta directamente en los tejidos y/o el torrente sanguíneo de la presa. No se han realizado investigaciones específicas sobre la toxicocinética de la calciseptina, pero sí existen investigaciones generales sobre la dinámica de las toxinas de serpiente. Aunque los péptidos tóxicos suelen ser pequeños (alrededor de 60 aminoácidos), su tamaño es suficiente para impedir que atraviesen capas epiteliales como la barrera hematoencefálica . ^{[ 10 ]}

Se han realizado mediciones de biodisponibilidad para varios venenos de serpiente. Por ejemplo, se ha encontrado que el veneno de cobra tiene una biodisponibilidad del 41,7 % cuando se inyecta intramuscularmente, y para otros venenos esta puede ser incluso inferior al 10 %. Estos valores son bastante bajos en comparación con los de la mayoría de los fármacos terapéuticos, que generalmente tienen una biodisponibilidad cercana al 100 % después de la inyección intramuscular. ^{[ 11 ]} En general, se ha encontrado que los péptidos tóxicos de 10 a 40 aminoácidos tienen una biodisponibilidad relativamente baja debido a su tamaño e hidrofilicidad. ^{[ 10 ]} Por lo tanto, se espera que la calciseptina, que contiene 60 aminoácidos, también tenga una biodisponibilidad baja.

Dado que la calciseptina es un péptido, teóricamente puede ser degradada por proteasas en los tejidos donde se inyecta. Se ha descubierto que la digestión de los péptidos tóxicos de las serpientes por proteasas ocurre en los tejidos de la presa, pero debido a la relativa estabilidad de las toxinas, la velocidad con la que actúan y la cantidad de veneno inyectado, esto no es suficiente para proteger contra las consecuencias de una mordedura de serpiente. Lo mismo ocurre con el sistema inmunitario: es poco probable que los péptidos de veneno más grandes pasen desapercibidos para el sistema inmunitario, pero la acción inmunológica no es lo suficientemente rápida como para contrarrestar los efectos del veneno. ^{[ 10 ] [ 12 ]}

Como se mencionó anteriormente, la calciseptina tiene una estructura de tres dedos que se encuentra comúnmente en las toxinas. Si bien muchas toxinas poseen esta estructura, sus funciones son diversas. La razón por la que esta estructura está tan conservada es probablemente su estabilidad: los puentes de cisteína crean un núcleo estable, lo que posiblemente ralentiza la degradación de la proteína por las proteasas. ^{[ 10 ]}

Los canales de calcio dependientes de voltaje son importantes para generar señales eléctricas en células excitables como neuronas y células musculares cardíacas o lisas . Los canales de ^Ca²⁺ de tipo N se encuentran en las neuronas y desempeñan un papel importante en el acoplamiento de la excitación nerviosa y la secreción de neurotransmisores . Los canales de calcio de tipo L están presentes en las células musculares cardíacas y lisas, acoplando la excitación a la contracción muscular. Otros tipos de canales de ^Ca²⁺ activados por voltaje incluyen los canales de tipo T y de tipo P. ^{[ 1 ]}

Debido a que la presencia de calcio en el citosol es necesaria para la contracción muscular, los bloqueadores de los canales de calcio impiden que los músculos generen tensión. Los bloqueadores de los canales de calcio de tipo L , presentes en el músculo cardíaco y liso , actúan como relajantes musculares lisos e inhibidores de las contracciones cardíacas. ^{[ 1 ]} Los bloqueadores comunes de los canales de calcio de tipo L son las 1,4- dihidropiridinas , que se utilizan en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares. Debido a su actividad relajante, pueden relajar los músculos lisos que rodean los vasos sanguíneos, dilatándolos y disminuyendo la presión arterial. ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 13 ]}

La calciseptina se asemeja a las 1,4- dihidropiridinas mencionadas anteriormente en su acción biológica, ya que tiene la misma capacidad de unirse y bloquear los canales de calcio de tipo L en el músculo liso y cardíaco. ^{[ 1 ]}

Los aminoácidos responsables de la unión y el bloqueo de los canales de calcio de tipo L probablemente se localizan en el tercer "dedo" de la estructura de la calciseptina, entre los aminoácidos 40 y 50. Aunque los péptidos de la familia de tres dedos son similares en estructura, solo algunos de ellos son capaces de unirse y bloquear los canales de calcio. Estudios de alineación de secuencias múltiples revelaron 12 residuos de aminoácidos exclusivos de las toxinas con actividad bloqueadora de canales. Estos residuos se localizan en los extremos de los bucles II y III de la estructura de tres dedos. Se ha propuesto un modelo en el que los aminoácidos 45 a 48, MWPY, de la toxina FS2 se consideran responsables de la unión a los canales de calcio. Este modelo se basa en una predicción de las interacciones de estos aminoácidos con el canal de calcio. Estas interacciones se asemejan a las propiedades hidrofóbicas y de enlaces de hidrógeno de la nifedipina , un conocido bloqueador de 1,4-dihidropiridina. ^{[ 7 ]} Debido a las similitudes entre la calciseptina y FS2, este modelo también podría explicar las interacciones de la calciseptina con los canales de calcio de tipo L.

Otro modelo se basa en un segmento más grande del mismo bucle, que contiene los aminoácidos 42 a 47, PTAMWP. Dado que los sitios de interacción proteína-proteína suelen estar flanqueados por prolinas, ^{[ 14 ]} la presencia de las dos prolinas en este "dedo" de la estructura indica un posible sitio de interacción. De hecho, se encontró que un polipéptido corto de ocho residuos de aminoácidos, que contiene esta secuencia, bloquea los canales de calcio de tipo L, aunque con menor actividad. ^{[ 15 ]}

Estos aminoácidos interactuantes también se encuentran en otras dos proteínas bloqueadoras de canales de calcio de tipo L, C10S2C2 y S4C8. Aunque ambas toxinas pertenecen a la familia de las de tres dedos, la estructura de tres dedos probablemente no sea un requisito para el bloqueo del canal: otras toxinas de serpiente, incluida la dendrotoxina , tienen efectos similares en varios canales, pero no presentan la estructura de tres dedos. ^{[ 7 ] [ 15 ]}

La calciseptina es tóxica en dosis bajas. No se dispone de datos específicos sobre la toxicidad de la calciseptina en humanos. Sin embargo, se han determinado los valores de LD50 para ratones, que se pueden consultar en la tabla siguiente _: ^{[ 20 ]}

La mamba negra puede inyectar entre 100 y 120  mg de veneno en una sola mordedura. Al comparar los resultados de la LD50 _con la cantidad de veneno que puede inyectar, se observa que una sola mordedura es mortal. Para los humanos, una dosis de 10 a 15  mg es suficiente para ser mortal. ^{[ 21 ]}

La calciseptina tiene un efecto sobre las contracciones inducidas por K ⁺ y la actividad del canal de Ca2 ⁺ de tipo L ; se determinaron los valores de _IC50 , que resultaron ser de 230 y 430 nM, respectivamente. La calciseptina también tiene un efecto sobre la función cardíaca. El valor de IC50 _hallado para este tejido fue de 15 nM. Estos valores se determinaron en ratas y ratones. ^{[ 1 ]}

Se ha descubierto que algunas toxinas de tres dedos del veneno de mamba interactúan sinérgicamente entre sí. Los mecanismos moleculares de estas interacciones siguen siendo desconocidos. ^{[ 22 ]} Tampoco se sabe si la calciseptina tiene un efecto sinérgico con otros compuestos del veneno.