Margatoxin

Skorpion kort toxin
Margatoxin. Disulfidbindningar är markerade. PDB-
identifierare
Symbol	Toxin_2
Pfam	PF00451
Pfam klan	CL0054
InterPro	IPR001947
PROSITE	PDOC00875
Tillgängliga proteinstrukturer: Pfam   strukturer / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsumma struktur sammanfattning

Margatoxin (MgTX) är en peptid som selektivt hämmar Kv1.3 spänningsberoende kaliumkanaler . Det finns i giftet från Centruroides margaritatus , även känd som Central American Bark Scorpion. Margatoxin upptäcktes första gången 1993. Det renades från skorpiongift och dess aminosyrasekvens bestämdes.

Strukturera

Margatoxin är en peptid med 39 aminosyror med en molekylvikt på 4185 Dalton. Den primära aminosyrasekvensen för margatoxin är som följer:

Thr-Ile-Ile-Asn-Val-Lys-Cys-Thr-Ser-Pro-Lys-Gln-Cys-Leu-Pro-Pro-Cys-Lys-Ala-Gln-Phe-Gly-Gln-Ser-Ala- Gly-Ala-Lys-Cys-Met-Asn-Gly-Lys-Cys-Lys-Cys-Tyr-Pro-His

Eller, när den översätts till enbokstavssekvens,

TIINVKCTSPKQCLPPCKAQFGQSAGAKCMNGKCKCYPH.

Det finns disulfidbryggor mellan Cys7-Cys29, Cys13-Cys34 och Cys17-Cys36. Margatoxin klassificeras som ett "skorpionkorttoxin" av Pfam , som visar sekvenshomologi med andra kaliumkanalblockerare, såsom charybdotoxin (44%), kaliotoxin (54%), iberiotoxin (41%) och noxiustoxin (79%), som är kommer också från skorpiongift.

Syntes

Margatoxin är en peptid som ursprungligen renats från giftet från skorpionen Centrutoides margaritatus (Central American Bark Scorpion). Skorpiontoxiner är specifika och har hög affinitet för sina mål, och detta gör dem till bra verktyg för att karakterisera olika receptorproteiner som är involverade i jonkanalsfunktion . Eftersom endast små mängder naturliga toxiner kan isoleras från skorpiongifter , har en kemisk syntesmetod använts för att producera tillräckligt med protein för forskning. Detta tillvägagångssätt producerar inte bara tillräckligt med material för att studera effekterna på kaliumkanaler utan säkerställer renhet eftersom toxin isolerat från skorpiongiftet riskerar kontaminering av andra aktiva föreningar.

Margatoxin kan syntetiseras kemiskt med hjälp av fastfassyntestekniken . Den förening som erhölls med denna teknik jämfördes med det naturliga, renade margatoxinet. Båda föreningarna hade samma fysikaliska och biologiska egenskaper. Det kemiskt syntetiserade margatoxinet används nu för att studera Kv1.3-kanalernas roll.

Handlingsmekanism

Margatoxin blockerar kaliumkanalerna Kv1.1 Kv1.2 och Kv1.3. Kv1.2-kanalen reglerar neurotransmittorfrisättning associerad med hjärtfrekvens, insulinsekretion , neuronal excitabilitet, epitelelektrolyttransport , glattmuskelkontraktion , immunologiskt svar och cellvolym. Kv1.3-kanaler uttrycks i T- och B- lymfocyter . Margatoxin hämmar irreversibelt proliferationen av mänskliga T-celler i en koncentration av 20 μM. Vid lägre koncentrationer är denna hämning reversibel.

Påverkan på kardiovaskulär funktion

Margatoxin minskar avsevärt utåtriktade strömmar av Kv1.3-kanaler och depolariserad vilomembranpotential . Det ökar den tid som krävs för att utföra aktionspotentialer i cellen som svar på en stimulans. Acetylkolin (ACh) spelar en nyckelroll i aktiveringen av nikotin- och muskarina ACh-receptorer. Margatoxin påverkar nikotinisk ACh-receptoragonist - inducerad noradrenalinfrisättning . Vid aktivering av muskarina ACh-receptorer med betanekol undertrycktes margatoxinkänslig ström. Därför drogs slutsatsen att Kv1.3 påverkar funktionen hos postganglioniska sympatiska neuroner , så man skulle kunna föreslå att Kv1.3 påverkar sympatisk kontroll av kardiovaskulär funktion.

Immunsystemets undertryckande

Kv1.3-kanaler kan hittas i olika celler, inklusive T- lymfocyter och makrofager . För att aktivera ett immunsvar måste en T- lymfocyt komma i kontakt med en makrofag . Makrofagen kan sedan producera cytokiner , såsom IL-1, IL-6 och TNF-a . Cytokiner är cellsignalmolekyler som kan förstärka immunsvaret . Kv1.3-kanaler är viktiga för aktiveringen av T- lymfocyter , och därmed för aktiveringen av makrofager . Störningen av Kv1.3-kanalernas funktion, till exempel på grund av hämning av dessa kanaler, kommer att sänka cytokinproduktionen och lymfocytproliferationen in vitro. Detta skulle leda till immunsvarsdämpning in vivo .

Kv-kanaler regleras under proliferation och reglering av makrofager och deras aktivitet är viktig under cellsvar. I motsats till leukocyter som har monomera Kv1.3-kanaler, har makrofager heterotetramera Kv1.3/Kv1.5-kanaler. Dessa heterotetramerer spelar en roll för att reglera membranpotentialen hos makrofager på olika stadier av makrofagaktivering av lymfocyter . Kaliumkanaler är involverade i leukocytaktivering av kalcium. De möjliga olika konformationerna av dessa Kv1.3- och 1.5-komplex kan påverka immunsvaret . Margatoxin hämmar Kv1.3-kanaler, så inga heterodimerer kan bildas. Effekten av margatoxin liknar effekten av DEX. DEX minskar mängden K1.3-kanaler genom att binda till GC- receptorn , vilket leder till nedreglering av uttrycket av K1.3-kanaler. Både margatoxin och DEX leder till immunsuppression.

Effekter på jonkanaler i lymfocyter

Jonkanaler spelar en nyckelroll i lymfocytsignaltransduktion . Kaliumkanaler krävs för aktivering av T-celler. Farmakologisk hämning av kaliumkanaler kan vara användbar vid behandling av immunsjukdomar. Membranpotentialen utövar kraftfulla effekter på lymfocytaktiveringen . Vilopotentialen är främst ett resultat av en kaliumdiffusionspotential som bidrar med kaliumkanaler . Margatoxin depolariserar vilande mänskliga T-celler. Farmakologiska studier tyder på att funktionella kaliumkanaler krävs för aktiveringen av T- och B-celler. KV-kanalblockerare hämmar aktivering, genuttryck, dödande av cytotoxiska T-celler och NK-celler, lymfokinsekretion och proliferation. Margatoxin blockerar mitogeninducerad proliferation, det blandade lymfocytsvaret och utsöndringen av interleukin-2 och interferon-gamma (IFN-y). Detta ger det starkaste tillgängliga beviset för en roll av KV-kanaler i mitogenes.

Giftighet

Margatoxin kan ha flera olika effekter på kroppen:

• Kan orsaka hudirritation
• Kan vara skadligt om det absorberas genom huden
• Kan orsaka ögonirritation
• Kan vara skadligt vid inandning
• Materialet kan vara irriterande för slemhinnor och övre luftvägar
• Kan vara skadligt vid förtäring
• Långvarig eller upprepad exponering kan orsaka allergiska reaktioner hos vissa känsliga individer
• Kan vara dödligt om det kommer in i blodomloppet

De kroniska effekterna riktar sig mot hjärtat, nerverna, lungorna, skelettet och musklerna.

Den dödliga mediandosen (LD50) av margatoxin är 59,9 mg/kg, så Centruroides margaritatus- stick är inte farliga för människor förutom som ett resultat av möjliga anafylaktiska svar. De orsakar smärta, lokal svullnad och stickningar i 3–4 timmar, men ingen intervention utöver symtomatisk lindring bör vara nödvändig.

Effekter på djur

Margatoxin leder till depolarisering av mänskliga och grisceller in vitro . Genom att blockera 99 % av KV1.3-kanalerna hämmar margatoxin proliferationssvaret hos T-celler hos minisvin. Dessutom undertrycker det ett B-cellssvar på allogen immunisering och hämmar den fördröjda överkänslighetsreaktionen mot tuberkulin. Hos grisar är proteinets halveringstid två timmar. När peptiden kontinuerligt infunderas leder det till diarré och hypersalivation. Inga större toxiska effekter observeras dock hos djur. Till skillnad från när plasmakoncentrationen av margatoxin är högre än 10 nM, uppstår den övergående hyperaktiviteten hos grisar. Det kan vara en effekt av Kv1.1- och Kv1.2-kanalerna i hjärnan.

Effekt och biverkningar

Kv1.3 är redan kopplat till proliferation av lymfocyter , vaskulära glatta celler, oligodendrocyter och cancerceller. Nyligen genomförda studier har visat att det finns terapeutisk potential för Kv1.3-blockerare som Margatoxin.

I en minigrisbehandling har en studie med margatoxin genomförts. En åtta dagar lång behandling ledde till en långvarig immunsuppression som varade tre till fyra veckor efter avslutad dosering. Tymusatrofi (reducerad tymus) observerades. Speciellt cellerna i den kortikala regionen hade minskat i antal

Medicinsk betydelse

Neointimal hyperplasi är rörelsen och spridningen av glatta muskelceller till det luminala området av ett blodkärl. Detta genererar en ny inre struktur som kan blockera blodflödet. Detta ses vanligtvis orsaka misslyckande i interventionella kliniska procedurer som inkluderar placering av stentar och bypass-transplantat.

På grund av förändringar i kaliumkanaltyp byter de vaskulära glatta muskelcellerna från den kontraktila till den prolifererande fenotypen. Det föreslås att Kv1.3 är viktigt för att proliferera vaskulära glatta muskelceller . Inhibitorer av sådana kanaler undertrycker proliferation av vaskulär glattmuskel , stenos efter skada och neointimal hyperplasi . Studier visar att margatoxin är en högpotenshämmare av vaskulär cellmigration, med en IC50 (halva maximal hämmande koncentration) på 85 pM. I denna studie fann man också en negativ effekt. Det har observerats vasokonstriktoreffekter i vissa artärer, men förhöjt blodtryck har inte visat sig vara ett betydande problem.

Vidare läsning

•   Knaus, HG; Koch, RO; Eberhart, A; Kaczorowski, GJ; Garcia, ML; Slaughter, RS (okt 1995). "[125I]margatoxin, en utomordentligt hög affinitetsligand för spänningsstyrda kaliumkanaler i däggdjurshjärnan". Biokemi . 34 (41): 13627–34. doi : 10.1021/bi00041a043 . PMID 7577952 .
•    Kupper J, Prinz AA, Fromherz P (februari 2002). "Rekombinanta Kv1.3 kaliumkanaler stabiliserar tonisk bränning av odlade hippocampusneuroner från råtta". Pflügers Arkiv . 443 (4): 541–7. doi : 10.1007/s00424-001-0734-4 . PMID 11907820 . S2CID 12348640 .