Иботен қышқылы: нейротоксикалық әсері мен қауіптері
Ibotenic acid
Иботеновая кислота: психоактивті қосылыс, Amanita muscaria саңырауларында кездеседі. Глутамат рецепторына әсер етеді, нейротоксикалық болуы мүмкін. Зерттеулерде қолданылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Иботен қышқылы немесе (S) 2-амино-2-(3-гидроксиизоксазол-5-ил)уксус қышқылы, сондай-ақ иботанат деп аталады, – бұл химиялық қосылыс және психоактивті препарат, ол табиғи түрде Amanita muscaria және солтүстік жарты шардың қоңыраулы және боралдық аймақтарында кездесетін оған жақын саңырауқұлақтарда кездеседі. Ол муссимолдың продәрмегі болып табылады, ол бауырда одан әлдеқайда тұрақты қосылысқа ыдырайды. Иботен қышқылы – глутамат нейротрансмиттерінің конформациялық шектеулі аналогы және осы нейротрансмиттерге құрылымдық ұқсастығының арқасында глутамат рецепторларының селективті емес агонисті ретінде әрекет етеді. Осы себепті, иботен қышқылы жоғары дозада күшті нейротоксин болуы мүмкін және ғылыми зерттеулерде бас сүйегіне инъекция арқылы "ми зақымдау агенті" ретінде қолданылады. Нейротоксикалық әсерлер дозаға байланысты болып көрінеді, ал иботен қышқылы бар саңырауқұлақтарды тұтыну арқылы туындайтын қауіптер толыққанды анықталмаған, бірақ шағын дозаларда мардымсыз деп саналады.
Ibotenic acid or (S) 2 amino 2 (3 hydroxyisoxazol 5 yl)acetic acid, also referred to as ibotenate, is a chemical compound and psychoactive drug which occurs naturally in Amanita muscaria and related species of mushrooms typically found in the temperate and boreal regions of the northern hemisphere. It is a prodrug of muscimol, broken down by the liver to that much more stable compound. It is a conformationally restricted analogue of the neurotransmitter glutamate, and due to its structural similarity to this neurotransmitter, acts as a non selective glutamate receptor agonist. Because of this, ibotenic acid can be a powerful neurotoxin in high doses, and is employed as a "brain lesioning agent" through cranial injections in scientific research. The neurotoxic effects appear to be dose related and risks are unclear through consumption of ibotenic acid containing fungi, although thought to be negligible in small doses.
Фармакология
Иботен қышқылы NMDA және I (mGluR1 және mGluR5) және II (mGluR2 және mGluR3) топтарындағы метаботроптық глутамат рецепторларының қуатты агонисті болып табылады. Ол III топтағы mGluR рецепторларында белсенді емес. Иботен қышқылы сонымен қатар АМРА және каинат рецепторларының нашар агонисті ретінде әрекет етеді.
Ibotenic acid acts as a potent agonist of the NMDA and group I (mGluR1 and mGluR5) and II (mGluR2 and mGluR3) metabotropic glutamate receptors. It is inactive at group III mGluRs. Ibotenic acid also acts as a weak agonist of the AMPA and kainate receptors.
Әрекет ету механизмі
Иботен қышқылы – глутамат рецепторларының агонисті, атап айтқанда, N-метил-D-аспартат немесе NMDA және орталық нерв жүйесінің көптеген жүйелеріндегі транс-ACPD рецепторларында. Глицин иботендік нейротоксикалық әсерді күшейтеді, ал дизоцилпин оны тоқтатуға мүмкіндік береді. Дизоцилпин NMDA рецепторларында бәсекеге қабілетсіз антагонист ретінде әрекет етеді. Иботен қышқылының токсикалық әсері NMDA рецепторларының белсенділігінен туындайды. NMDA рецепторлары синаптық пластикалық қасиеттермен байланысты және ұзақ мерзімді потенциациялау немесе LTP құру үшін метаботроптық глутамат рецепторларымен бірге жұмыс істейді. Ұзақ мерзімді потенциациялау процесі ақпаратты қабылдаумен байланысты деп саналады. NMDA рецепторы, рецептор орнында белсендірілгеннен кейін Ca2+ иондарының өтуіне мүмкіндік беру арқылы дұрыс жұмыс істейді. Иботен қышқылының байланысуы жүйеге Ca2+ иондарының артық түсуіне алып келеді, бұл нейрондық жасушалардың өліміне себеп болады. Ca2+ сондай-ақ CaM KII немесе Ca2+/Кальмодулин киназаны белсендіріп, көптеген ферменттерді фосфорилдейді. Белсенді ферменттер одан әрі қоршаған тіндерге зиян келтіретін реактивті оттегі түрлерін өндіре бастайды. Ca2+ иондарының артық болуы митохондриялық электрондық тасымалдау жүйесін күшейтеді, бұл реактивті оттегі түрлерінің санын одан әрі арттырады.
Ibotenic acid is an agonist of glutamate receptors, specifically at both the N methyl D aspartate, or NMDA, and trans ACPD receptor sites in multiple systems in the central nervous system. Ibotenic neurotoxicity can be enhanced by glycine and blocked by dizocilpine. Dizocilpine acts as an uncompetitive antagonist at NMDA receptors. Ibotenic acid toxicity comes from activation of the NMDA receptors. NMDA receptors are related to synaptic plasticity and work with metabotropic glutamate receptors to establish long term potentiation or LTP. The process of long term potentiation is believed to be related to the acquisition of information. The NMDA receptor functions properly by allowing Ca2+ ions to pass through after activation at the receptor site. The binding of ibotenic acid allows excess Ca2+ into the system which results in neuronal cell death. Ca2+ also activates CaM KII or Ca2+/Calmodulin Kinase which phosphorylates multiple enzymes. The activated enzymes then begin producing reactive oxygen species which damages surrounding tissue. The excess Ca2+ results in the enhancement of the mitochondrial electron transport system which will further increase the number of reactive oxygen species.
Биологиялық әсерлері
Иботен қышқылы әдетте орталық жүйке жүйесіндегі NMDA және APCD немесе метаботропты квискуалат рецепторларына әсер етеді. Иботен қышқылымен байланысты симптомдар әдетте 30–60 минут ішінде пайда болады және жүйке жүйесінің әртүрлі әсерлерін қамтиды. Ең көп кездесетін симптомдарға құлайғандық, құсу және ұйқылылық жатады. Дегенмен, алғашқы сағаттан кейін симптомдар шатасу, эйфория, көру және есту қабылдауының бұрмалануы, жүзіп отырғандай сезім және ретроградты амнезияны қамтуы мүмкін.
Ibotenic acid typically affects both NMDA and APCD or metabolotropic quisqualate receptor sites in the central nervous system. Symptoms associated with ibotenic acid are usually onset within 30–60 minutes and include a range of nervous system effects. The most common symptoms include nausea, vomiting, and drowsiness. However, after the first hour symptoms begin to include confusion, euphoria, visual and auditory distortions, sensations of floating, and retrograde amnesia.
Емдеу
Иботен қышқылының уыттануын емдеу көбінесе қолдаушы күтім мен симптомдарды бақылауға бағытталған; ешқандай уқалаушы дәрі жоқ. Егер пациент ерте келсе, белсенді көмірмен асқазанды тазалау немесе асқазанды шаю тиімді болуы мүмкін. Иботен қышқылы мен оның метаболиті муссимолдың тудыратын психотроптық әсерлер мен галлюцинацияларды тыныш ортада, ең аз стимуляциямен басқару жақсы. Қобалжулы немесе қорқынышқа түскен пациенттерге бензодиазепиндер көмектесе алады; сондай-ақ, егер туындаса, құрысуларды бақылау үшін де қолданылуы мүмкін. (Бензодиазепиндер ГАБА А рецепторын күшейткіш ретінде әрекет етеді және муссимолмен, ГАБА А агонисімен өзара әрекеттеседі, бұл депрессивті әсерлердің қаупін күрт арттыруы мүмкін.) Теңіз қысымы терең болса, тыныс жолдарына араласу қажет болуы мүмкін. Симптомдар әдетте жұтылғаннан кейін бірнеше сағат ішінде жоғалады, бірақ маңызды дозадан кейін бірнеше күнге созылуы мүмкін. Үлкен немесе қайталамалы әсерден кейін ми зақымдануын бақылау қажет болуы мүмкін. Егер пациент Amanita muscaria сияқты саңырауқұлаққа ұшыраған болса, басқа белсенді қосылыстар болуы мүмкін, сондықтан қосымша шаралар қажет болуы мүмкін.
Treatment of ibotenic acid toxicity centres around supportive care and treatment of symptoms; no antidote is available. Gastric decontamination with activated charcoal or gastric lavage can be of benefit if the patient presents early. The psychotropic effects and hallucinations ibotenic acid and its metabolite muscimol produce are best managed in a quiet environment with minimal stimulation. Benzodiazepines can be of benefit in agitated or panicked patients; they can also be used to control seizures if they occur. (Benzodiazepines as a GABA A PAM interacts with Muscimol as a GABA A agonist and may cause a significantly increased risk of depressant effects.) Airway management may be required if sedation is profound. Symptoms usually resolve within a few hours of ingestion but can last for days following significant exposures. Monitoring for the presence of brain lesions may be required following a large or repeated exposure. Other measures may be required if the patient has been exposed to a mushroom such as Amanita muscaria as other active compounds may be present.
Ғылыми зерттеулердегі қолдану
Сыңарлардың миын зақымдау үшін қолданылатын иботен қышқылы 7.4 рН-дағы фосфат буферленген тұзды ерітіндіде мұздатылған күйде сақталады және уыттылығын жоғалтпай, бір жылға дейін сақталуы мүмкін. Гиппокампқа 0.05-0.1 микролитр иботен қышқылын 0.1 микролитр/мин жылдамдығымен инъекциялау жартылай селективті зақымдануға алып келді. Гиппокамптың зақымдануы пирамидалық жасушаларда (CA1, CA3) және тісті дөңгелектің (dentate gyrus) түйіршік жасушаларында жасушалардың айтарлықтай жоғалуына әкелді. Иботен қышқылымен зақымдау перфорант жолы бойындағы аксондарға да зиян келтіреді. Әдетте, егер зақымдау басқа химиялық заттармен жасалса, тәжірибелік субъект тапсырманы қайта оқуға үйрене алмайды. Дегенмен, иботен қышқылының NMDA рецепторы сияқты глютамат рецепторларымен реакцияға түсу қабілетіне байланысты, иботен қышқылымен жасалған зақымдау субъектіге тапсырмаларды қайта оқуға мүмкіндік береді. Сондықтан, иботен қышқылымен зақымдау, зақымдаудан кейін тапсырманы қайта оқу қажетті зерттеулерде басымдыққа ие. Басқа зақымдау факторларымен салыстырғанда, иботен қышқылы ең локальды зақымдауды қамтамасыз етеді; алайда, қазіргі уақытта аз зиянды баламалар ізделіп жатыр.
Ibotenic acid used for the lesioning of rat's brains is kept frozen in a phosphate buffered Saline Solution at a pH of 7.4, and can be kept for up to a year with no loss in toxicity. Injection of .05 .1 microliters of Ibotenic acid into the hippocampus at a rate of .1 microliter/min resulted in semi selective lesioning. Hippocampal lesioning led to a considerable loss of cells in pyramidal cells (CA1 CA3) as well as granule cells in the dentate gyrus. Ibotenic acid lesioning also causes some damage to axons along the perforant pathway. Typically, when lesioning is done with other chemicals the subject cannot relearn a task. However, due to Ibotenic acid's reactivity with glutamate receptors such as the NMDA receptor, Ibotenic acid lesioning does allow the subject to relearn tasks. Ibotenic acid lesioning is thus preferred in studies where re learning a task after lesioning is essential. Compared to other lesioning agents, Ibotenic acid is one of the most site specific; however, less damaging alternatives are presently sought.
Биосинтез
Иботен қышқылының биосинтездік гендері физикалық байланыстағы биосинтездік гендер кластерінде жинақталған. Биосинтездік жол глютамин қышқылын арнайы Fe(II)/2-оксоглутаратқа тәуелді оксигеназамен гидроксилдеу арқылы басталады. Бұл реакция нәтижесінде threo-3-гидроксиглутамин қышқылы түзіледі, ол биосинтездік гендер кластерінде кодталған ферменттердің әрекетімен иботен қышқылына айналады.
Ibotenic acid's biosynthetic genes are organized in a physically linked biosynthetic gene cluster. The biosynthetic pathway is initiated by hydroxylation of glutamic acid by a dedicated Fe(II)/2 oxoglutarate dependent oxygenase. The reaction yields threo 3 hydroxyglutamic acid, which is converted into ibotenic acid, likely by enzymes encoded in the biosynthetic gene cluster.