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Toxina de escorpión

Las toxinas de escorpión son proteínas que se encuentran en el veneno de los escorpiones . Su efecto tóxico puede ser específico para mamíferos o insectos y actúa uniéndose con ...

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Las toxinas de escorpión son proteínas que se encuentran en el veneno de los escorpiones . Su efecto tóxico puede ser específico para mamíferos o insectos y actúa uniéndose con diferentes grados de especificidad a miembros de la superfamilia de canales iónicos dependientes de voltaje; específicamente, canales de sodio dependientes de voltaje , canales de potasio dependientes de voltaje [ 3 ] y canales de potencial de receptor transitorio (TRP). [ 4 ] [ 5 ] El resultado de esta acción es activar o inhibir la acción de estos canales en los sistemas de órganos nervioso y cardíaco. Por ejemplo, las toxinas α de escorpión MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 de Mesobuthus eupeus son neurotoxinas que actúan sobre los canales de Na+ dependientes de voltaje (Na v s), inhibiendo la inactivación rápida. Los ensayos in vivo de los efectos de MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 sobre los Na v s de mamíferos e insectos muestran una potencia diferencial. Estos recombinantes (MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13) exhiben su afinidad preferencial por los canales de Na+ de mamíferos e insectos en el sitio activo de las toxinas tipo α, sitio 3, para inactivar la despolarización de la membrana celular más rápidamente[6]. La sensibilidad variable de diferentes Na v s a MeuNaTxα-12 y MeuNaTxα-13 puede depender de la sustitución de un residuo de valina conservado por un residuo de fenilalanina en la posición 1630 de la subunidad LD4:S3-S4 o debido a varios cambios en los residuos en la subunidad LD4:S5-S6 de los Na v s. [ 6 ] En última instancia, estas acciones pueden servir para ahuyentar a los depredadores provocando dolor (por ejemplo, mediante la activación de canales de sodio o canales TRP en neuronas sensoriales) [ 7 ] o para someter a los depredadores (por ejemplo, en el caso de la inhibición de canales iónicos cardíacos). [ 8 ]

Esta familia incluye toxinas de escorpión relacionadas, tanto de cadena corta como larga. También contiene un grupo de inhibidores de proteinasas de las plantas Arabidopsis thaliana y Brassica spp.

Los inhibidores de Brassica napus (colza) y Sinapis alba (mostaza blanca), [ 9 ] [ 10 ] inhiben la actividad catalítica de la beta-tripsina bovina y la alfa-quimotripsina bovina , que pertenecen a la familia de peptidasas MEROPS S1 ( InterPro : IPR001254 ). [ 11 ] 

Este grupo de proteínas se utiliza actualmente en la creación de insecticidas, vacunas y estructuras base para la ingeniería de proteínas.

Estructura

Se ha deducido la estructura covalente completa de varias de estas toxinas: comprenden alrededor de 66 residuos de aminoácidos que forman una lámina beta antiparalela de tres hebras sobre la cual se encuentra una hélice alfa de aproximadamente tres vueltas. Cuatro puentes disulfuro entrecruzan la estructura de las toxinas de cadena larga, mientras que las toxinas cortas contienen solo tres. [ 12 ] [ 13 ] BmKAEP , un péptido antiepiléptico aislado del veneno del escorpión de Manchuria , [ 14 ] muestra similitud tanto con las neurotoxinas de escorpión como con las toxinas antiinsectos.

Función

La función molecular de la toxina es inhibir los canales iónicos. Los dos tipos de toxinas del canal de Na+ se pueden dividir en dos grupos (alfa y beta) según sus efectos funcionales. Las toxinas beta (β) desplazan la dependencia del voltaje de la activación hacia potenciales más negativos, lo que hace que el canal sea más propenso a abrirse en potenciales de membrana donde normalmente no ocurriría la activación. Las toxinas alfa (α) inhiben el mecanismo de inactivación rápida, prolongando la corriente de Na+ a través del canal. [ 15 ] Las toxinas se utilizan en insecticidas , vacunas y andamios de ingeniería de proteínas . Las toxinas se utilizan ahora para tratar a pacientes con cáncer mediante la inyección de toxina de escorpión fluorescente en el tejido canceroso para mostrar los límites del tumor . Los genes de la toxina de escorpión también se utilizan para matar plagas de insectos mediante la creación de hongos hipervirulentos en el insecto a través de la inserción de genes .

Subfamilias

Referencias

  1. ↑ PDB : 1PTX ​;Housset D, Habersetzer-Rochat C, Astier JP, Fontecilla-Camps JC (abril de 1994). "Estructura cristalina de la toxina II del escorpión Androctonus australis Hector refinada a una resolución de 1,3 Å". Journal of Molecular Biology . 238 (1): 88–103 . doi : 10.1006/jmbi.1994.1270 . PMID 8145259 . 
  2. ↑ Krezel AM, Kasibhatla C, Hidalgo P, MacKinnon R, Wagner G (agosto de 1995). "Estructura en solución del inhibidor del canal de potasio agitoxina 2: calibre para sondear la geometría del canal" . Protein Science . 4 (8): 1478–89 . doi : 10.1002/pro.5560040805 . PMC 2143198. PMID 8520473 .  
  3. ↑ Miller C (julio de 1995). "La familia de péptidos bloqueadores de canales de K+ de la charybdotoxina" . Neuron . 15 ( 1): 5– 10. doi : 10.1016/0896-6273(95)90057-8 . PMID 7542463. S2CID 5256644 .  
  4. ↑ Osteen JD, Herzig V, Gilchrist J, Emrick JJ, Zhang C, Wang X, et al. (junio de 2016). " Las toxinas selectivas de araña revelan un papel para el canal Nav1.1 en el dolor mecánico" . Nature . 534 (7608): 494–9 . Bibcode : 2016Natur.534..494O . doi : 10.1038/nature17976 . PMC 4919188. PMID 27281198 .   
  5. ↑ Lin King JV, Emrick JJ, Kelly MJ, Herzig V, King GF, Medzihradszky KF, Julius D (septiembre de 2019). "Una toxina de escorpión que penetra en las células permite la modulación específica del modo de TRPA1 y el dolor" . Cell . 178 (6): 1362–1374.e16. doi : 10.1016/j.cell.2019.07.014 . PMC 6731142. PMID 31447178 .  
  6. ↑ Zhu L, Peigneur S, Gao B, Tytgat J, Zhu S (septiembre de 2013). "Dos toxinas de escorpión recombinantes tipo α de Mesobuthus eupeus con afinidad diferencial hacia los canales de Na(+) de insectos y mamíferos". Biochimie . 95 (9): 1732– 40. doi : 10.1016/j.biochi.2013.05.009 . PMID 23743216 . 
  7. ↑ Bohlen CJ, Julius D (septiembre de 2012). "Mecanismos de acción sobre receptores de toxinas causantes de dolor: ¿Cómo?" . Toxicon . 60 (3): 254– 64. Bibcode : 2012Txcn...60..254B . doi : 10.1016/j.toxicon.2012.04.336 . PMC 3383939 . PMID 22538196 .  
  8. ↑ Kalia J, Milescu M, Salvatierra J, Wagner J, Klint JK, King GF, et al. (enero de 2015). "De enemigo a amigo: uso de toxinas animales para investigar la función de los canales iónicos" . Journal of Molecular Biology . 427 (1): 158– 175. doi : 10.1016/j.jmb.2014.07.027 . PMC 4277912. PMID 25088688 .   
  9. ↑ Ceciliani F, Bortolotti F, Menegatti E, Ronchi S, Ascenzi P, Palmieri S (abril de 1994). "Purificación, propiedades inhibidoras, secuencia de aminoácidos e identificación del sitio reactivo de un nuevo inhibidor de serina proteinasa de la semilla de colza (Brassica napus)". FEBS Letters . 342 (2): 221– 4. Bibcode : 1994FEBSL.342..221C . doi : 10.1016/0014-5793(94)80505-9 . hdl : 2434/208504 . PMID 8143882 . S2CID 42407931 .  
  10. ^ Menegatti E, Tedeschi G, Ronchi S, Bortolotti F, Ascenzi P, Thomas RM, et al. (Abril de 1992). "Purificación, propiedades inhibidoras y secuencia de aminoácidos de un nuevo inhibidor de serina proteinasa de semilla de mostaza blanca (Sinapis alba L.)" . Cartas FEBS . 301 (1): 10– 4. Código Bib : 1992FEBSL.301...10M . doi : 10.1016/0014-5793(92)80199-Q . PMID 1451776 .  
  11. ↑ Rawlings ND, Tolle DP, Barrett AJ (marzo de 2004). "Familias evolutivas de inhibidores de peptidasas" . The Biochemical Journal . 378 (Pt 3): 705–16 . doi : 10.1042/BJ20031825 . PMC 1224039. PMID 14705960 .  
  12. ↑ Kopeyan C, Mansuelle P, Sampieri F, Brando T, Bahraoui EM, Rochat H, Granier C (febrero de 1990). "Estructura primaria de las toxinas antiinsectos de escorpión aisladas del veneno de Leiurus quinquestriatus quinquestriatus" . FEBS Letters . 261 ( 2 ): 423–6 . Bibcode : 1990FEBSL.261..423K . doi : 10.1016/0014-5793(90)80607-K . PMID 2311768. S2CID 40564285 .  
  13. ↑ Gregoire J, Rochat H (1983). "Estructura covalente de las toxinas I y II del escorpión Buthus occitanus tunetanus". Toxicon . 21 (1): 153– 62. Bibcode : 1983Txcn...21..153G . doi : 10.1016/0041-0101(83)90058-2 . PMID 6845379 . 
  14. ↑ Zhou XH, Yang D, Zhang JH, Liu CM, Lei KJ (enero de 1989). "Purificación y secuencia parcial N-terminal del péptido antiepiléptico del veneno del escorpión Buthus martensii Karsch" . The Biochemical Journal . 257 (2): 509–17 . doi : 10.1042/bj2570509 . PMC 1135608. PMID 2930463 .  
  15. ↑ Rowe AH, Xiao Y, Scales J, Linse KD, Rowe MP, Cummins TR, et al. (2011) Aislamiento y caracterización de CvIV4: una toxina α-escorpión inductora de dolor. PLoS ONE 6(8): e23520. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023520
  • Toxinas cortas de escorpión en PROSITE
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