Latrotoxina - Latrotoxin

Uma latrotoxina é uma neurotoxina de alta massa molecular encontrada no veneno de aranhas do gênero Latrodectus (aranhas viúvas) e também encontrada no veneno de espécies de aranhas, Steatoda nobilis . As latrotoxinas são os principais componentes ativos do veneno e são responsáveis ​​pelos sintomas de latrodectismo .

As seguintes latrotoxinas foram descritas: cinco toxinas inseticidas , denominadas α, β, γ, δ e ε-latroinsectotoxinas, uma neurotoxina específica de vertebrados , alfa-latrotoxina, e uma toxina que afeta crustáceos , α-latrocrustatoxina.

α-Latrotoxina

A latrotoxina mais bem estudada é a alfa-latrotoxina, que atua pré-sinápticamente para liberar neurotransmissores (incluindo acetilcolina ) dos neurônios sensoriais e motores, bem como nas células endócrinas (para liberar insulina , por exemplo). É uma proteína de ~ 130 kDa que existe principalmente em suas formas dimerizada ou tetramerizada.

A α-Latrotoxina ( α-LTX ) pode ser encontrada naturalmente em aranhas viúvas do gênero Latrodectus . As mais conhecidas dessas aranhas são as viúvas negras, Latrodectus mactans . O veneno das aranhas viúvas ( Latrodectus ) contém várias toxinas proteicas, chamadas latrotoxinas, que têm como alvo seletivo vertebrados , insetos ou crustáceos . Uma dessas toxinas é a α-latrotoxina e tem como alvo seletivo os vertebrados; é ineficaz em insetos e crustáceos. α-LTX tem uma alta afinidade para receptores que são específicos para células neuronais e endócrinas de vertebrados.

Biossíntese

Conforme a sequência de DNA para α-LTX é transcrita e traduzida, uma molécula precursora inativa de α-LTX (156,9 kDa) é formada. Esta molécula precursora sofre um processamento pós-tradução onde a proteína α-LTX eventual e ativa (131,5 kDa) é formada.

O terminal N da molécula precursora α-LTX é precedido por sequências hidrofílicas curtas terminando com um grupo de aminoácidos básicos. Esses aglomerados são reconhecidos por enzimas proteolíticas ( proteases do tipo furina ), que clivam e ativam as moléculas precursoras α-LTX por meio de hidrólise. O terminal C também é reconhecido por essas proteases do tipo furina e também é clivado.

As moléculas precursoras α-LTX são sintetizadas por ribossomos livres no citosol e, portanto, são citosólicas nas células epiteliais secretoras das glândulas de veneno. Elas podem, no entanto, se associar a grânulos secretores, embora não sejam captadas no lúmen dos grânulos. A molécula precursora citosólica da α-LTX é liberada da célula por meio de secreção holócrina onde termina na glândula de veneno da aranha. Esta glândula contém as várias proteases envolvidas na clivagem da molécula precursora α-LTX.

A estrutura terciária da proteína α-LTX pode ser dividida em três partes: a asa do terminal N (36 kDa), o corpo (76 kDa) e a cabeça do terminal C (18,5 kDa). Por causa das repetições de anquirina C-terminal, que medeiam as interações proteína-proteína, o monômero α-LTX forma um dímero com outro monômero α-LTX em condições normais. A formação do tetrâmero ativa a toxicidade.

Toxicocinética

α-LTX afeta as terminações nervosas motoras e células endócrinas. Nenhuma atividade enzimática importante está associada. Em vez disso, a toxina pode formar poros nas membranas lipídicas e induzir o fluxo de íons Ca 2+ . O início dos efeitos da intoxicação pode ocorrer com um período de latência de 1 a 10 minutos, mesmo em níveis de concentração subnanomolar. Em concentrações nanomolares, ocorrem surtos de liberação de neurotransmissores. Após as explosões, períodos prolongados de liberação em estado estacionário entram em vigor.

A estimulação de pequenos potenciais de ação da placa terminal é inicialmente induzida pela neurotoxina, enquanto mais tarde a neurotransmissão é bloqueada na junção neuromuscular. Isso se deve ao esgotamento do conteúdo das vesículas sinápticas.

Toxicodinâmica

α-LTX em sua forma tetramérica interage com receptores ( neurexinas e latrofilinas ) na membrana neuronal, o que causa a inserção de α-LTX na membrana.

Uma vez que o tetrâmero é inserido na membrana celular, dois mecanismos de ação podem ocorrer. Em primeiro lugar, a inserção pode levar à formação de poros e possivelmente outros efeitos e, em segundo lugar, o receptor pode ser ativado, o que leva à sinalização intracelular. As quatro cabeças do tetrâmero formam uma tigela ao redor do poro, que é restrito em um ponto a 10 Å. Concentrações milimolares de Ca 2+ e Mg 2+ catalisam fortemente a formação de tetrâmeros, sugerindo que o estado tetramétrico é dependente de cátions divalentes, enquanto o EDTA favorece a formação do dímero. A pesquisa também mostra que as concentrações de La 3+ superiores a 100 μM também bloqueiam a tetramerização. A formação de poros pode ocorrer em membranas lipídicas puras, mas os receptores reconstituídos aumentam muito a formação de poros. As membranas biológicas bloqueiam a formação de poros quando não há receptores α-LTX presentes (neurexina, latrofilina, PTPσ). É também conhecido que os três resíduos de cisteína altamente conservados estão envolvidos com a ligação ao receptor α-LTX, porque mutantes contendo serina em vez de resíduos de cisteína não induzem toxicidade. O domínio N-terminal precisa se dobrar adequadamente, no qual as ligações dissulfeto precisam ser funcionais. A toxina α-LTX é ligada por uma pequena proteína, LMWP ou latrodectina. Foi observado que a formação de poros em bicamadas lipídicas é impossível quando a latrodectina não está disponível. A lactrodectina não tem efeito sobre a toxicidade do α-LTX.

Formação de poros

Os poros formados por α-LTX na membrana são permeáveis ​​ao Ca 2+ e, portanto, permitem um influxo de Ca 2+ na célula. Este influxo em uma célula excitável estimula a exocitose direta e eficientemente. O influxo de cátions é proporcional à quantidade de poros e, portanto, à quantidade de receptores envolvidos expressos na membrana celular. Além disso, o Ca 2+ facilita fortemente a formação dos tetrâmeros e, portanto, a sua formação de poros. O poro também é permeável aos neurotransmissores, o que causa vazamento maciço do pool de neurotransmissores no citosol .

Junto com o influxo de Ca 2+ , o canal não é muito seletivo, permitindo que Na + , K + , Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , Li + e Cs + também passem pela membrana. O poro está aberto na maior parte do tempo, com probabilidade de abertura de 0,8. A maioria dos cátions trivalentes bloqueia canais em 50-100 μM, como Yb 3+ , Gd 3+ , Y 3+ , La 3+ e Al 3+ .

O poro não é apenas permeável aos cátions, mas também à água. Isso causa inchaço do terminal nervoso. Outros distúrbios do potencial de membrana ocorrem devido à permeabilidade de pequenas moléculas, como neurotransmissores e ATP, para passar através do poro α-LTX.

Penetração da membrana

Embora a formação de poros tetraméricos de α-latrotoxina tenha sido demonstrada de forma conclusiva, alguns autores ainda contestam se este é o principal modo de ação da α-latrotoxina, e acreditam que α-latrotoxina (tetramérica ou não) pode penetrar através da membrana das células-alvo para interagir diretamente com a maquinaria de liberação de neurotransmissores intracelulares.

Receptores

O seguinte mecanismo é sugerido para efeitos mediados por receptor. Três receptores para α-latrotoxina foram descritos:

A toxina estimula um receptor, mais provavelmente a latrofilina, que é um receptor acoplado à proteína G ligado ao Gαq / 11. O efetor a jusante de Gαq / 11 é a fosfolipase C (PLC). Quando ativado, o PLC aumenta a concentração citosólica de IP3, que por sua vez induz a liberação de Ca 2+ dos estoques intracelulares. Esse aumento do Ca 2+ citosólico pode aumentar a probabilidade de liberação e a taxa de exocitose espontânea. Latrofilina com α-LTX pode induzir a ativação da Proteína Quinase C (PKC). PKC é responsável pela fosforilação das proteínas SNARE. Assim, a latrofilina com α-LTX induz o efeito de exocitose das vesículas de transporte. O mecanismo exato deve ser descoberto.

Sinalização

Assim como os principais efeitos da formação do poro da α-latrotoxina, outros efeitos da α-latrotoxina são mediados pela interação com a latrofilina e sinalização intracelular (ver transdução de sinal ).

Relação de atividade de estrutura (SAR)

O dímero α-LTX de ocorrência natural deve formar um tetrâmero para ser tóxico. A tetramerização ocorre apenas na presença de cátions bivalentes (como Ca 2+ ou Mg 2+ ) ou moléculas anfipáticas. Os quatro monômeros que formam este tetrâmero são dispostos simetricamente em torno de um eixo central, semelhante a uma hélice de quatro pás com diâmetro de 250 Å e espessura de 100 Å. Os domínios da cabeça formam a massa central compacta reunida e circundada pelos domínios do corpo. As asas ficam perpendiculares ao eixo do tetrâmero. Devido a esta forma, o tetrâmero contém um canal em forma de pêra na massa central. Na extremidade inferior, o diâmetro deste canal é de 25 Å, então se alarga para 36 Å para ser reduzido a 10 Å no topo.

A base do tetrâmero (abaixo das asas) tem 45 Å de profundidade e é hidrofóbica, o que medeia a inserção na membrana celular. Além disso, a inserção do tetrâmero só é possível na presença de certos receptores (principalmente neurexina Iα e latrofilina e PTPσ em pequena extensão) na membrana. Neurexin Iα apenas medeia a inserção na presença de Ca 2+ , enquanto a latrofilina e PTPσ podem mediar a inserção sem a presença de Ca 2+ . Portanto, por causa do canal e da inserção na membrana celular, a proteína torna a célula mais permeável às substâncias que podem passar pelo canal. Essas substâncias são cátions mono- e bivalentes, neurotransmissores, corantes fluorescentes e ATP.

Toxicidade

O LD50 de α-LTX em camundongos é de 20–40 μg / kg de peso corporal.

O LD50 do veneno de Latrodectus em mg / kg para várias espécies: sapo = 145, melro = 5,9, canário = 4,7, barata = 2,7, pintinho = 2,1, camundongo = 0,9, mosca doméstica = 0,6, pombo = 0,4, cobaia = 0,1 .

Contribuição científica

αLTX ajudou a confirmar a hipótese do transporte vesicular da liberação do transmissor, estabelecer a necessidade de Ca 2+ para a exocitose vesicular e caracterizar os locais individuais de liberação do transmissor no sistema nervoso central. Ele ajudou a identificar duas famílias de importantes receptores de superfície celular neuronal.

A forma mutante de αLTX, que é chamada de αLTXN4C e não forma poros, tem contribuído para as pesquisas. Ajudou na abordagem para decifrar o mecanismo de transdução de sinalização intracelular estimulado por αLTX. A toxina mutante também pode ser usada para estudar a natureza e as propriedades dos estoques intracelulares de Ca 2+ implicados na via de transdução do receptor da toxina e seu efeito nos potenciais pós-sinápticos evocados. A toxina mutante também pode ser um instrumento para elucidar as funções endógenas de αLTX.

Outros componentes do veneno

As presas naturais das aranhas viúvas são os insetos, e várias inseticidas são encontradas em seu veneno. As latroinsectotoxinas parecem ter estruturas semelhantes.

Proteínas de alto peso molecular que foram isoladas da viúva negra do Mediterrâneo ( L. tredecimguttatus ) incluem as neurotoxinas específicas de inseto α-latroinsectotoxina e δ-latroinsectotoxina, uma neurotoxina que afeta crustáceos conhecidos como latrocrustatoxina, e pequenos peptídeos que inibem a angiotensina-1 - enzima conversora .

Além das latrotoxinas de alto peso molecular descritas acima, o veneno de Latrodectus também contém proteínas de baixo peso molecular cuja função ainda não foi totalmente explorada, mas pode estar envolvida na facilitação da inserção de latrotoxinas na membrana.

Referências