Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Парализующий нейротоксический пептид
Paralyzing neurotoxic peptide
Понаратоксин – это парализующий нейротоксический пептид, вырабатываемый муравьем-пулей Paraponera clavata. Он предотвращает инактивацию вольтаж-зависимых натриевых каналов и, следовательно, блокирует синаптическую передачу в центральной нервной системе. В частности, понаратоксин воздействует на вольтаж-зависимые натриевые каналы в мышечных волокнах скелета, вызывая паралич, и на ноцицептивные волокна, вызывая боль. Также изучается возможность его применения в качестве биологических инсектицидов.
Poneratoxin is a paralyzing neurotoxic peptide made by the bullet ant Paraponera clavata. It prevents inactivation of voltage gated sodium channels and therefore blocks synaptic transmission in the central nervous system. Specifically, poneratoxin acts on voltage gated sodium channels in skeletal muscle fibers, causing paralysis, and nociceptive fibers, causing pain. It is additionally being studied for its uses in biological insecticides.
Механизм действия
В целом, пунератоксин нарушает нормальную функцию вольтаж-зависимых натриевых каналов как у позвоночных, так и у беспозвоночных. Он вызывает повторные импульсы и пролонгацию потенциалов действия, особенно в центральной нервной системе насекомых. Пунератоксин находится в неактивном состоянии при хранении в резервуаре яда муравья из-за кислой среды в резервуаре, но становится токсичным при активации посредством многоступенчатого процесса. Комбинация связывания пунератоксина с клеточной мембраной (для воздействия на вольтаж-зависимый натриевый канал) и перехода из кислой среды в резервуаре яда муравья к щелочной среде в месте назначения приводит к конформационным изменениям, которые активируют пунератоксин. Обычно область канала, где расположен сайт связывания нейротоксина 3, претерпевает конформационное изменение, связанное с наружным движением, что приводит к инактивации. Считается, что нейротоксины, действующие на сайт 3, предотвращают это конформационное изменение, взаимодействуя с кислыми и гидрофобными аминокислотными остатками в этом участке. Пунератоксин рассматривается как агонист медленного действия для гладких мышц.
Overall, poneratoxin disrupts normal function of voltage gated sodium channels in both vertebrates and invertebrates. It causes repetitive firing and prolongation of action potentials, particularly in the central nervous system of insects. Poneratoxin is in an inactive state when stored in the ant venom reservoir due to the reservoir's acidic conditions, but it becomes toxic when activated via a multistep process. The combination of poneratoxin binding to a cell membrane (in order to act upon a voltage gated sodium channel) and the movement from acidic conditions in the ant venom reservoir to basic conditions at the target site leads to poneratoxin undergoing a conformational change that activates it. Normally, the region of the channel where neurotoxin receptor site 3 is undergoes a conformational change of an outward movement to lead to inactivation. Receptor site 3 neurotoxins are proposed to prevent this conformational change via interaction with acidic and hydrophobic amino acid residues at that site. Poneratoxin is considered as a slow acting agonist for smooth muscles.
Структура
Пептид понаратоксина хранится в неактивном пептиде из 25 аминокислотных остатков (последовательность аминокислот FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) в резервуаре яда *Paraponera clavata*. Вторичная структура характеризуется мотивом "спираль-поворот-спираль": двумя альфа-спиралями, соединенными бета-поворотом. Две альфа-спирали формируются остатками 3–9 у N-конца и остатками 17–24 у C-конца, и они связаны бета-поворотом на остатках 11–16. С точки зрения трехмерной структуры, эта форма представляет собой V-образную конфигурацию, где две спирали находятся в состоянии слабых нековалентных взаимодействий друг с другом. Более того, структура пептида изменяется от случайной катушки к структурированной форме "спираль-поворот-спираль" при введении в липидный бислой, что указывает на важность этого мотива для взаимодействия с мембраной. В частности, положительно заряженный аргинин и неполярные остатки аланина были признаны необходимыми для эффективности понаратоксина. Боль от укуса муравья-пули может длиться много часов, иногда до 24 часов. Интенсивная боль и продолжительность укуса обусловлены действием понаратоксина. Помимо сильной боли, симптомы укуса муравьев-пуль (а также укусов других муравьев родов *Paraponera* и *Dinoponera*) включают лихорадку, холодный пот, тошноту, рвоту, лимфаденопатию и сердечные аритмии. Исследования токсичности показали, что LT50 понаратоксина, вводимого посредством инъекций генетически модифицированных вирусов личинкам *S. frugiperda*, составил 131 час после инъекции. Доза в 10⁵ инфекционных частиц (pfu) понаратоксина была достаточной для уничтожения личинок *S. frugiperda*, а доза в 10 нг могла их парализовать. На основании этих экспериментов ученые полагают, что понаратоксин может быть перспективным кандидатом на роль биоинсектицида из-за своей нейротоксичности для других насекомых, что позволяет ему обездвиживать или даже убивать насекомых, зараженных им. Предложено создание рекомбинантного вируса путем модификации бакуловируса для экспрессии понаратоксина.
The poneratoxin peptide is stored in an inactive 25 residue peptide (amino acid sequence FLPLLILGSLLMTPPVIQAIHDAQR) in the venom reservoir of Paraponera clavata. The secondary structure is characterized by a helix turn helix motif: two alpha helices connected by a beta turn. The two alpha helices are formed by residues 3–9 at the N terminus, and residues 17–24 at the C terminus, and they are connected by the beta turn at residues 11–16. From a three dimensional perspective, this structure forms a preferential V shape with the two helices undergoing loose non covalent interactions with each other. Furthermore, the structure of the peptide shifts from a random coil to the structured helix turn helix when introduced to a lipid bilayer environment, which indicates that this motif is important for interacting with the membrane. Specifically, the positively charged arginine and the non polar alanine residues were both shown to be essential for poneratoxin potency. The pain from bullet ant stings can last for many hours, even up to 24 hours. Both the immense pain and the duration of the sting are due to the effects of poneratoxin. In addition to the notorious pain, symptoms of stings from bullet ants (as well as stings from other ants of the genus Paraponera as well as the genus Dinoponera) include fever, cold sweats, nausea, vomiting, lymphadenopathy and cardiac arrhythmias. Toxicity assays have found that the LT50 of poneratoxin, delivered via injections of genetically engineered viruses, to S. frugiperda larvae, was at 131 hours post injection. A dose of 105 pfu of poneratoxin was sufficient to kill the S. frugiperda larvae, and a dose of 10 ng could paralyze them. Based on these experiments, scientists believe poneratoxin can make a good candidate as a bio insecticide because of its neurotoxicity to other insects, making it capable of immobilizing or even killing insects infected with it. The making of a recombinant virus by engineering a baculovirus that expresses poneratoxin has been proposed.