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Articulo de referencia

Latrotoxin

Estructura del preporo (arriba) y del poro (abajo) de la α-latrotoxina. La latrotoxina es una neurotoxina de alto peso molecular que se encuentra en el veneno de las arañas del ...

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Estructura de preporos
Estructura de poros
Estructura del preporo (arriba) y del poro (abajo) de la α-latrotoxina.

La latrotoxina es una neurotoxina de alto peso molecular que se encuentra en el veneno de las arañas del género Latrodectus (arañas viudas), así como en al menos una especie de otro género de la misma familia, Steatoda nobilis . [ 1 ] Las latrotoxinas son los principales componentes activos del veneno y son responsables de los síntomas del latrodectismo .

Se han descrito las siguientes latrotoxinas: cinco toxinas insecticidas , denominadas α, β, γ, δ y ε-latroinsectotoxinas, una neurotoxina específica de vertebrados , α-latrotoxina, y una toxina que afecta a los crustáceos , α-latrocrustatoxina. [ 2 ]

α-latrotoxin

La latrotoxina mejor estudiada es la α-latrotoxina, que actúa presinápticamente para liberar neurotransmisores (incluida la acetilcolina ) de las neuronas sensoriales y motoras, así como en las células endocrinas (para liberar insulina , por ejemplo). [ 3 ] Es una proteína de ~130 kDa que existe principalmente en sus formas dimerizadas o tetramerizadas. 

La α-latrotoxina ( α-LTX ) se encuentra de forma natural en las arañas viudas del género Latrodectus . Las más conocidas de estas arañas son las viudas negras, Latrodectus mactans . [ 4 ] El veneno de las arañas viudas ( Latrodectus ) contiene varias toxinas proteicas, llamadas latrotoxinas, que atacan selectivamente a vertebrados , insectos o crustáceos . Una de estas toxinas es la α-latrotoxina, que ataca selectivamente a los vertebrados; es ineficaz en insectos y crustáceos. La α-LTX tiene una alta afinidad por los receptores específicos de las células neuronales y endocrinas de los vertebrados. [ 5 ]

Biosíntesis

A medida que la secuencia de ADN para α-LTX se transcribe y traduce,  se forma una molécula precursora inactiva de α-LTX (156,9 kDa). Esta molécula precursora sufre un procesamiento postraduccional en el que  se forma la proteína α-LTX activa (131,5 kDa). [ 6 ]

El extremo N-terminal de la molécula precursora de α-LTX está precedido por secuencias hidrofílicas cortas que terminan con un grupo de aminoácidos básicos. Estos grupos son reconocidos por enzimas proteolíticas ( proteasas tipo furina ), que escinden y activan las moléculas precursoras de α-LTX mediante hidrólisis. El extremo C-terminal también es reconocido por estas proteasas tipo furina y es escindido igualmente. [ 6 ]

Las moléculas precursoras de α-LTX son sintetizadas por ribosomas libres en el citosol y, por lo tanto, son citosólicas en las células epiteliales secretoras de las glándulas venenosas. [ 6 ] [ 7 ] Sin embargo, pueden asociarse con gránulos secretores, aunque no son absorbidas en el lumen de los gránulos. La molécula precursora de α-LTX citosólica se libera de la célula mediante secreción holocrina, donde termina en la glándula venenosa de la araña. Esta glándula contiene varias proteasas involucradas en la escisión de la molécula precursora de α-LTX. [ 8 ]

La estructura terciaria de la proteína α-LTX se puede dividir en tres partes: el ala N-terminal (36  kDa), [ 7 ] el cuerpo (76  kDa), [ 7 ] y la cabeza C-terminal (18,5  kDa). [ 7 ] Debido a las repeticiones de anquirina C-terminal, que median las interacciones proteína-proteína, el monómero α-LTX forma un dímero con otro monómero α-LTX en condiciones normales. [ 8 ] La formación de tetrámeros activa la toxicidad. [ 7 ]

Toxicocinética

La α-LTX afecta las terminaciones nerviosas motoras y las células endocrinas. No se asocian actividades enzimáticas importantes. [ 7 ] En cambio, la toxina puede formar poros en las membranas lipídicas e inducir el flujo de iones Ca 2+ . El inicio de los efectos por intoxicación puede ocurrir con un período de latencia de 1 a 10 minutos, incluso a niveles de concentración subnanomolares. A concentraciones nanomolares, se producen ráfagas de liberación de neurotransmisores. Después de las ráfagas, se producen períodos prolongados de liberación en estado estacionario. [ 7 ] [ 9 ]

La neurotoxina induce inicialmente la estimulación de pequeños potenciales de acción de la placa terminal , mientras que posteriormente se bloquea la neurotransmisión en la unión neuromuscular. Esto se debe al agotamiento del contenido de las vesículas sinápticas. [ 10 ]

Toxicodinámica

La α-LTX en su forma tetramérica interactúa con receptores ( neurexinas y latrofilinas ) en la membrana neuronal, lo que provoca la inserción de α-LTX en la membrana.

Una vez que el tetrámero se inserta en la membrana celular, pueden ocurrir dos mecanismos de acción. Primero, la inserción puede conducir a la formación de poros y posiblemente otros efectos, y segundo, el receptor puede activarse, lo que conduce a la señalización intracelular. [ 8 ] Las cuatro cabezas del tetrámero forman un cuenco que rodea el poro, el cual está restringido en un punto a 10  Å. [ 7 ] Concentraciones milimolares de Ca 2+ y Mg 2+ catalizan fuertemente la formación del tetrámero, lo que sugiere que el estado tetramétrico depende de cationes divalentes, mientras que el EDTA favorece la formación del dímero. La investigación también muestra que concentraciones de La 3+ superiores a 100  μM también bloquean la tetramerización. [ 7 ] La formación de poros puede ocurrir en membranas lipídicas puras, pero los receptores reconstituidos aumentan considerablemente la formación de poros. Las membranas biológicas bloquean la formación de poros cuando no hay receptores α-LTX presentes (neurexina, latrofilina, PTPσ). [ 7 ] También se sabe que los tres residuos de cisteína altamente conservados participan en la unión al receptor α-LTX, ya que los mutantes que contienen serina en lugar de residuos de cisteína no indujeron toxicidad. [ 7 ] El dominio N-terminal necesita plegarse correctamente, en lo cual los enlaces disulfuro deben ser funcionales. La toxina α-LTX se une a una proteína pequeña, LMWP o latrodectina. Se ha observado que la formación de poros en bicapas lipídicas es imposible cuando la latrodectina no está disponible. La latrodectina no tiene efecto sobre la toxicidad de α-LTX. [ 7 ]

Formación de poros

Los poros formados por α-LTX en la membrana son permeables al Ca²⁺ y , por lo tanto, permiten la entrada de Ca²⁺ a la célula. Esta entrada en una célula excitable estimula la exocitosis de forma directa y eficiente. La entrada de cationes es proporcional a la cantidad de poros y, por consiguiente, a la cantidad de receptores implicados expresados ​​en la membrana celular. Además, el Ca²⁺ facilita en gran medida la formación de los tetrámeros y, por ende, la formación de sus poros. El poro también es permeable a los neurotransmisores, lo que provoca una fuga masiva del conjunto de neurotransmisores en el citosol . [ 8 ]

Además del influjo de Ca²⁺ , el canal no es muy selectivo, permitiendo que Na⁺ , K⁺ , Ba²⁺ , Sr²⁺ , Mg²⁺ , Li⁺ y Cs⁺ también atraviesen la membrana. El poro permanece abierto la mayor parte del tiempo, con una probabilidad de apertura de 0,8. La mayoría de los cationes trivalentes bloquean los canales a concentraciones de 50-100 μM, como Yb³⁺ , Gd³⁺ , Y³⁺ , ​​La³⁺ y Al³⁺ . [ 7 ]

El poro no solo es permeable a los cationes, sino también al agua. Esto provoca hinchazón de las terminaciones nerviosas. Además, se producen alteraciones en el potencial de membrana debido a la permeabilidad de moléculas pequeñas, como los neurotransmisores y el ATP, que pueden atravesar el poro α-LTX.

penetración de la membrana

Aunque se ha demostrado de forma concluyente la formación de poros tetraméricos de la α-latrotoxina, algunos autores aún debaten si este es su principal mecanismo de acción. Al insertarse en la membrana, la α-latrotoxina presenta dominios tanto extracelulares como intracelulares, y estos últimos podrían interactuar directamente con la maquinaria intracelular de liberación de neurotransmisores. [ 11 ] [ 12 ]

Receptores

Se sugiere el siguiente mecanismo para los efectos mediados por receptores. Se han descrito tres receptores para la α-latrotoxina:

La toxina estimula un receptor, muy probablemente la latrofilina, que es un receptor acoplado a proteína G vinculado a Gαq/11. El efector posterior de Gαq/11 es la fosfolipasa C (PLC). Cuando se activa, la PLC aumenta la concentración citosólica de IP3, lo que a su vez induce la liberación de Ca2 + de los depósitos intracelulares. Este aumento del Ca2 + citosólico puede incrementar la probabilidad de liberación y la tasa de exocitosis espontánea. [ 8 ] La latrofilina con α-LTX puede inducir la activación de la proteína quinasa C (PKC). La PKC es responsable de la fosforilación de las proteínas SNARE. Por lo tanto, la latrofilina con α-LTX induce el efecto de exocitosis de vesículas de transporte. El mecanismo exacto aún debe descubrirse. [ 13 ]

Señalización

Además de los principales efectos de la formación de poros de la α-latrotoxina, otros efectos de esta toxina están mediados por la interacción con la latrofilina y la señalización intracelular (véase transducción de señales ).

Relación estructura-actividad (SAR)

El dímero α-LTX natural debe formar un tetrámero para ser tóxico. La tetramerización ocurre solo en presencia de cationes bivalentes (como Ca²⁺ o Mg²⁺ ) o moléculas anfipáticas. Los cuatro monómeros que forman este tetrámero se disponen simétricamente alrededor de un eje central, asemejándose a una hélice de cuatro aspas con un diámetro de 250  Å y un grosor de 100  Å. Los dominios de la cabeza forman la masa central compacta, rodeada por los dominios del cuerpo. Las alas se disponen perpendicularmente al eje del tetrámero. Debido a esta forma, el tetrámero contiene un canal en forma de pera en la masa central. En el extremo inferior, el diámetro de este canal es de 25  Å, luego se ensancha a 36  Å y se estrecha a 10  Å en la parte superior. [ 7 ] [ 8 ]

La base del tetrámero (debajo de las alas) tiene  una profundidad de 45 Å y es hidrofóbica, lo que facilita su inserción en la membrana celular. Además, la inserción del tetrámero solo es posible en presencia de ciertos receptores (principalmente neurexina Iα y latrofilina, y en menor medida PTPσ) en la membrana. La neurexina Iα solo media la inserción en presencia de Ca²⁺ , mientras que la latrofilina y PTPσ pueden mediar la inserción sin la presencia de Ca²⁺ . [ 8 ] Por lo tanto, debido al canal y a la inserción en la membrana celular, la proteína aumenta la permeabilidad de la célula a sustancias que pueden atravesar el canal. Estas sustancias son cationes mono- y bivalentes, neurotransmisores, colorantes fluorescentes y ATP. [ 8 ]

Toxicidad

La dosis letal media (DL50 ) de α-LTX en ratones es de 20 a 40  μg/kg de peso corporal. [ 8 ]

La LD50 del veneno de Latrodectus en mg/kg para varias especies: rana = 145, mirlo = 5,9, canario = 4,7, cucaracha = 2,7, polluelo = 2,1, ratón = 0,9, mosca doméstica = 0,6, paloma = 0,4, cobaya = 0,1. [ 14 ]

Contribución científica

La αLTX ha ayudado a confirmar la hipótesis del transporte vesicular en la liberación de neurotransmisores, a establecer el requerimiento de Ca²⁺ para la exocitosis vesicular y a caracterizar los sitios individuales de liberación de neurotransmisores en el sistema nervioso central. También ayudó a identificar dos familias de importantes receptores de la superficie celular neuronal. [ 8 ]

La forma mutante de αLTX, denominada αLTXN4C, que no forma poros, ha contribuido a la investigación. Ha facilitado el desciframiento del mecanismo de transducción de señales intracelulares estimulado por αLTX. La toxina mutante también puede utilizarse para estudiar la naturaleza y las propiedades de los depósitos intracelulares de Ca²⁺ implicados en la vía de transducción del receptor de la toxina y su efecto sobre los potenciales postsinápticos evocados. Asimismo, la toxina mutante puede servir como herramienta para dilucidar las funciones endógenas de αLTX. [ 8 ]

Otros componentes del veneno

La presa natural de las arañas viudas son los insectos, y en su veneno se encuentran varias insectotoxinas. Las latroinsectotoxinas parecen tener estructuras similares. [ 15 ]

Las proteínas de alto peso molecular que se han aislado de la viuda negra mediterránea ( L. tredecimguttatus ) incluyen las neurotoxinas específicas de insectos α-latroinsectotoxina y δ-latroinsectotoxina, una neurotoxina que afecta a los crustáceos conocida como latrocrustatoxina, y pequeños péptidos que inhiben la enzima convertidora de angiotensina-1 . [ 2 ]

Además de las latrotoxinas de alto peso molecular descritas anteriormente, el veneno de Latrodectus también contiene proteínas de bajo peso molecular [ 16 ] cuya función aún no se ha explorado completamente, pero puede estar involucrada en facilitar la inserción de las latrotoxinas en la membrana. [ 17 ]

Referencias

  1. ↑ Dunbar, John P.; Fort, Antoine; Redureau, Damien; Sulpice, Ronan; Dugon, Michel M.; Quinton, Loïc (junio de 2020). "Un enfoque venómico revela una alta proporción de toxinas similares a las de Lactrodectus en el veneno de la araña viuda falsa noble Steatoda nobilis" . Toxins . 12 ( 6): 402. doi : 10.3390/toxins12060402 . PMC 7354476. PMID 32570718 .  
  2. 1 2 Grishin EV (noviembre de 1998). "Toxinas de la araña viuda negra: el presente y el futuro". Toxicon . 36 (11): 1693– 701. Bibcode : 1998Txcn...36.1693G . doi : 10.1016/S0041-0101(98)00162-7 . PMID 9792186 . 
  3. ↑ Südhof TC (2001) . "Alfa-Latrotoxina y sus receptores: neurexinas y CIRL/latrofilinas". Annu. Rev. Neurosci . 24 : 933–62 . doi : 10.1146/annurev.neuro.24.1.933 . PMID 11520923. S2CID 906456 .  
  4. ↑ Südhof, TC (2001). "Alfa-Latrotoxina y sus receptores: neurexinas y CIRL/latrofilinas". Annual Review of Neuroscience . 24 : 933–62 . doi : 10.1146/annurev.neuro.24.1.933 . PMID 11520923. S2CID 906456 .  
  5. ↑ Ushkaryov, YA; Volynski, KE; Ashton, AC (abril de 2004). "Las múltiples acciones de las toxinas de la araña viuda negra y su uso selectivo en estudios de neurosecreción". Toxicon . 43 (5): 527– 42. Bibcode : 2004Txcn...43..527U . doi : 10.1016/j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
  6. 1 2 3 Ushkaryov, YA; Volynski, KE; Ashton, AC (abril de 2004). "Las múltiples acciones de las toxinas de la araña viuda negra y su uso selectivo en estudios de neurosecreción". Toxicon . 43 (5): 527– 42. Bibcode : 2004Txcn...43..527U . doi : 10.1016/j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
  7. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Ushkaryov , YA; Rohou, A; Sugita, S (2008). Alfa-latrotoxina y sus receptores . Manual de farmacología experimental. Vol. 184. págs. 171–206 . doi : 10.1007/978-3-540-74805-2_7 . ISBN   978-3-540-74804-5. PMC 2519134 . PMID 18064415 .  
  8. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Ushkaryov, YA; Volynski, KE; Ashton, AC (abril de 2004). "Las múltiples acciones de las toxinas de la araña viuda negra y su uso selectivo en estudios de neurosecreción". Toxicon . 43 (5): 527– 42. Bibcode : 2004Txcn...43..527U . doi : 10.1016/j.toxicon.2004.02.008 . PMID 15066411 . 
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