Apamin

Apamin
Apamin.svg
Identifierare
3D-modell ( JSmol )
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.041.969 Edit this at Wikidata
UNII
  • InChI=1S/C79H131N31O24S4/c1-35(2)26-49-70(127)107-51-31-136-135-30-41(81)63(120)105-50(28-57(84) 114)71(128)108-53(73(130)99-42(12-7-8-22-80)64(121)96-38(5)77(134)110-25-11-15- 54(110)75(132)102-47(18-21-58(115)116)69(126)109-59(39(6)111)76(133)95-37(4)62(119) 104-49)33-138-137-32-52(106-66(123)44(14-10-24-92-79(88)89)98-65(122)43(13-9-23- 91-78(86)87)97-61(118)36(3)94-72(51)129)74(131)101-45(16-19-55(82)112)67(124)100- 46(17-20-56(83)113)68(125)103-48(60(85)117)27-40-29-90-34-93-40/h29,34-39,41-54, 59,111H,7-28,30-33,80-81H2,1-6H3,(H2,82,112)(H2,83,113)(H2,84,114)(H2,85,117)(H,90,93)(H,94,129) )(H,95,133)(H,96,121)(H,97,118)(H,98,122)(H,99,130)(H,100,124)(H,101,131)(H,102,132)(H,103,1104,1104)(103,1104) )(H,105,120)(H,106,123)(H,107,127)(H,108,128)(H,109,126)(H,115,116)(H4,86,87,91)(H4,88,89,92)/ t36?,37-,38-,39+,41-,42-,43-,44?,45-,46-,47-,48-,49-,50-,51-,52-,53- ,54-,59?/m0/s1  check Y
    Nyckel: YVIIHEKJCKCXOB-WNKOHBQLSA-N  check Y
  • InChI=1S/C79H131N31O24S4/c1-35(2)26-49-70(127)107-51-31-136-135-30-41(81)63(120)105-50(28-57(84) 114)71(128)108-53(73(130)99-42(12-7-8-22-80)64(121)96-38(5)77(134)110-25-11-15- 54(110)75(132)102-47(18-21-58(115)116)69(126)109-59(39(6)111)76(133)95-37(4)62(119) 104-49)33-138-137-32-52(106-66(123)44(14-10-24-92-79(88)89)98-65(122)43(13-9-23- 91-78(86)87)97-61(118)36(3)94-72(51)129)74(131)101-45(16-19-55(82)112)67(124)100- 46(17-20-56(83)113)68(125)103-48(60(85)117)27-40-29-90-34-93-40/h29,34-39,41-54, 59,111H,7-28,30-33,80-81H2,1-6H3,(H2,82,112)(H2,83,113)(H2,84,114)(H2,85,117)(H,90,93)(H,94,129) )(H,95,133)(H,96,121)(H,97,118)(H,98,122)(H,99,130)(H,100,124)(H,101,131)(H,102,132)(H,103,1104,104,125) )(H,105,120)(H,106,123)(H,107,127)(H,108,128)(H,109,126)(H,115,116)(H4,86,87,91)(H4,88,89,92)/ t36?,37-,38-,39+,41-,42-,43-,44?,45-,46-,47-,48-,49-,50-,51-,52-,53- ,54-,59?/mO/s1
  • Nyckel: YVIIHEKJCKCXOB-WNKOHBQLSA-N
  • C[C@H]1C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](CSSC[C@H]2C (=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](C(=O)N3CCC[C@H]3C(=O)N[C@H](C(=O) )NC(C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@H](CSSC[C@H](C( =O)N[C@H](C(=O)N2)CC(=O)N)N)C(=O)N1)CC(C)C)C)[C@@H](C) O)CCC(=O)O)C)CCCCN)C(=O)N[C@@H](CCC(=O)N)C(=O)N[C@@H](CCC(=O )N)C(=O)N[C@@H](Cc4cnc[nH]4)C(=O)N)CCCNC(=N)N)CCCNC(=N)N
Egenskaper
C79H131N31O24S 4 _ _ _ _ _ _ _ _
Molar massa 2027,33874 g/mol
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
☒  N ( vad är check☒ Y N ?)
Apamin Preproprotein
Identifiers
Symbol Apamin
CAS-nummer 24345-16-2
NCBI-genen 406135
UniProt P01500
Söka efter
Strukturer Schweizisk modell
Domäner InterPro

Apamin är ett 18 aminosyror globulärt peptidneurotoxin som finns i apitoxin ( bigift ) . Torrt bigift består av 2–3 % apamin. Apamin blockerar selektivt SK-kanaler , en typ av Ca2 + -aktiverad K + -kanal som uttrycks i det centrala nervsystemet . Toxicitet orsakas av endast ett fåtal aminosyror, särskilt cystein 1 , lysin 4 , arginin 13 , arginin 14 och histidin 18 . Dessa aminosyror är involverade i bindningen av apamin till den Ca2 + -aktiverade K + -kanalen. På grund av dess specificitet för SK-kanaler används apamin som ett läkemedel i biomedicinsk forskning för att studera de elektriska egenskaperna hos SK-kanaler och deras roll i de efterhyperpolariseringar som inträffar omedelbart efter en aktionspotential .

Ursprung

De första symptomen på apitoxin (bigift), som nu tros vara orsakade av apamin, beskrevs redan 1936 av Hahn och Leditschke. Apamin isolerades först av Habermann 1965 från Apis mellifera , det västerländska honungsbiet . Apamin fick sitt namn efter detta bi. Bigift innehåller många andra föreningar, som histamin, fosfolipas A2 , hyaluronidas, MCD-peptid och den huvudsakliga aktiva komponenten melittin . Apamin separerades från de andra föreningarna genom gelfiltrering och jonbyteskromatografi.

Struktur och aktiv sida

Apamin är en polypeptid som har en aminosyrasekvens av H-Cys-Asn-Cys-Lys-Ala-Pro-Glu-Thr-Ala-Leu-Cys-Ala-Arg-Arg-Cys-Gln-Gln-His-NH 2 (enbokstavssekvens CNCKAPETALCARRCQQH-NH2 , med disulfidbindningar mellan Cys1 - Cys11 och Cys3 - Cys15 ) . Apamin är mycket styvt på grund av de två disulfidbryggorna och de sju vätebindningarna. Den tredimensionella strukturen av apamin har studerats med flera spektroskopiska tekniker: HNMR , Circular Dichroism , Raman-spektroskopi , FT-IR . Strukturen antas bestå av en alfa-helix och beta-svängar, men den exakta strukturen är fortfarande okänd.

Genom lokala förändringar är det möjligt att hitta de aminosyror som är involverade i apamins toxicitet. Det hittades av Vincent et al. att guanidinering av e-aminogruppen i lysin 4 inte minskar toxiciteten. När e-aminogruppen i lysin 4 och a-aminogruppen i cystein 1 acetyleras eller behandlas med fluorescamin, minskar toxiciteten med en faktor på 2,5 respektive 2,8. Detta är endast en liten minskning, vilket indikerar att varken e-aminogruppen i lysin 4 eller a-aminogruppen i cystein 1 är väsentliga för apamins toxicitet. Glutamin 7 förändrades genom bildning av en amidbindning med glycinetylester, vilket resulterade i en minskning av toxiciteten med en faktor 2,0. Glutamin 7 verkar inte heller vara avgörande för toxicitet. När histidin 18 förändras genom karbetoxylering, minskar toxiciteten endast med en faktor 2,6. Men när histidin 18 , e-aminogruppen i lysin 4 och a-aminogruppen i cystein 1 alla är karbetoxylerade och acetylerad toxicitet minskar drastiskt. Detta betyder att dessa tre aminosyror inte är nödvändiga för toxicitet på egen hand, men de tre av dem i kombination är det. Kemisk förändring av arginin 13 och arginin 14 genom behandling av 1,2-cyklohexandion och klyvning med trypsin minskar toxiciteten med en faktor som är större än 10. Aminosyrorna som orsakar toxicitet för apamin är cystein 1 , lysin 4 , arginin 114 , arginin histidin 18 .

Toxikodynamik

Apamin är den minsta kända neurotoxinpolypeptiden och den enda som passerar blod-hjärnbarriären. Apamin når alltså sitt målorgan, centrala nervsystemet. Här hämmar det småkonduktans Ca 2+ -aktiverade K + -kanaler (SK-kanaler) i neuroner. Dessa kanaler är ansvariga för de efterhyperpolariseringar som följer aktionspotentialer och reglerar därför den repetitiva avfyrningsfrekvensen. Tre olika typer av SK-kanaler uppvisar olika egenskaper. Endast SK2 och SK3 blockeras av apamin, medan SK1 är apaminokänslig. SK-kanaler fungerar som en tetramer av subenheter. Heteromerer har mellanliggande känslighet. SK-kanaler aktiveras genom bindning av intracellulär Ca 2+ till proteinet calmodulin , som är konstitutivt associerat med kanalen. Transport av kaliumjoner ut ur cellen längs deras koncentrationsgradient gör att membranpotentialen blir mer negativ. SK-kanalerna finns i ett brett spektrum av exciterbara och icke-exciterbara celler, inklusive celler i det centrala nervsystemet, tarmmyocyter, endotelceller och hepatocyter.

Bindning av apamin till SK-kanaler förmedlas av aminosyror i porregionen såväl som extracellulära aminosyror i SK-kanalen. Det är troligt att hämningen av SK-kanaler orsakas av blockering av porområdet, vilket hindrar transporten av kaliumjoner. Detta kommer att öka den neuronala excitabiliteten och sänka tröskeln för att generera en aktionspotential . Andra toxiner som blockerar SK-kanaler är tamapin och scyllatoxin .

Toxikokinetik

Kinetiken för märkta derivat av apamin studerades in vitro och in vivo i möss av Cheng-Raude et al. Detta kastade lite ljus över kinetiken för apamin själv. Det viktigaste organet för utsöndring är sannolikt njuren , eftersom anrikning av de märkta derivaten hittades där. Peptiden apamin är tillräckligt liten för att passera den glomerulära barriären, vilket underlättar renal utsöndring. Det centrala nervsystemet visade sig däremot endast innehålla mycket små mängder apamin. Detta är oväntat, eftersom detta är målorganet för neurotoxicitet orsakad av apamin. Denna låga koncentration föreföll således vara tillräcklig för att orsaka de toxiska effekterna.

Dessa resultat stämmer dock inte överens med en studie av Vincent et al. Efter injektion av en supraletal dos av radioaktivt acetylerat apamin i möss fann man anrikning i ryggmärgen, som är en del av målorganet. Vissa andra organ, inklusive njure och hjärna, innehöll endast små mängder av apaminderivatet.

Symtom

Symtom efter bistick kan inkludera:

Patienter som förgiftats med bigift kan behandlas med antiinflammatorisk medicin, antihistaminer och oral prednisolon .

Apamin är ett grundämne i bigift . Man kan komma i kontakt med apamin genom bigift, så de symtom som är kända orsakas inte av apamin direkt, utan av giftet som helhet. Apamin är det enda nervgiftet som enbart verkar på det centrala nervsystemet. Symtomen på apamintoxicitet är inte välkända, eftersom människor inte lätt exponeras för enbart toxinet.

Genom forskning om apamins neurotoxicitet upptäcktes några symtom. Hos möss ger injektionen av apamin kramper och långvarig spinal spasticitet. Det är också känt att de polysynaptiska ryggradsreflexerna är inhiberade hos katter. Polysynaptisk reflex är en reflexverkan som överför en impuls från en sensorisk neuron till en motorneuron via en interneuron i ryggmärgen. Hos råttor visade sig apamin orsaka tremor och ataxi, såväl som dramatiska blödningseffekter i lungorna .

Dessutom har apamin visat sig vara 1000 gånger effektivare när det appliceras i det ventrikulära systemet istället för det perifera nervsystemet. Det ventrikulära systemet är en uppsättning strukturer i hjärnan som innehåller cerebrospinalvätska. Det perifera nervsystemet innehåller nerverna och ganglierna utanför hjärnan och ryggmärgen. Denna skillnad i effektivitet kan lätt förklaras. Apamin binder till SK-kanalerna, som skiljer sig något åt ​​i olika vävnader. Så apaminbindningen är troligen starkare i SK-kanaler i ventrikelsystemet än i andra vävnader.

Toxicitetsgrader

Tidigare år trodde man att apamin var en ganska ogiftig förening (LD 50 = 15 mg/kg hos möss) jämfört med de andra föreningarna i bigift. De nuvarande dödliga dosvärdena av apamin uppmätt i möss ges nedan. Det finns inga kända data specifika för människor.

Intraperitoneal (mus) LD50 : 3,8 mg/kg

Subkutan (mus) LD50 : 2,9 mg/kg

Intravenös (mus) LD50 : 4 mg/kg

Intracerebral (mus) LD50 : 1800 ng/kg

Parenteral (mus) LD50 : 600 mg/kg

Terapeutisk användning

Nyligen genomförda studier har visat att SK-kanaler inte bara reglerar efterhyperpolarisering, de har också en effekt på synaptisk plasticitet . Detta är den aktivitetsberoende anpassningen av styrkan hos synaptisk överföring. Synaptisk plasticitet är en viktig mekanism bakom inlärnings- och minnesprocesser. Apamin förväntas påverka dessa processer genom att hämma SK-kanaler. Det har visat sig att apamin förbättrar inlärning och minne hos råttor och möss. Detta kan ge underlag för användning av apamin som behandling för minnesstörningar och kognitiv dysfunktion. Men på grund av risken för toxiska effekter är det terapeutiska fönstret mycket snävt.

SK-kanalblockerare kan ha en terapeutisk effekt på Parkinsons sjukdom . Dopamin, som är utarmat i denna sjukdom, kommer att frigöras från mellanhjärnans dopaminerga neuroner när dessa SK-kanaler hämmas. SK-kanaler har också föreslagits som mål för behandling av epilepsi , känslomässiga störningar och schizofreni .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Apamin&oldid=1090991201 "