Дендротоксин: различия между версиями

Дендротоксины показали способность к блокированию определённых подтипов потенциалзависимых каналов калия (K⁺) в ткани нейронов. В нервной системе K⁺ каналы контролируют возбудимость нервов и мышц, контролируя [[Потенциал покоя|мембранный потенциал покоя]] и реполяризируя мембрану во время [[Потенциал действия|потенциалов действия]]. Дендротоксин, как было показано, связывает [[узлы Ранвье]] [[Мотонейрон|мотонейронов]]<ref>Gasparini{{cite S, Danse J-M, Licoq A, Pinkasfeld S, Zinn-Justin S, Young LC, C.L. de Medeiros C, Rowan EG, Harvey AL, and Me’nez A (1998). Delineation of the Functional Site of alpha-dendrotoxin: The functional topographies of dendrotoxins are different but share a conserved core with those of other K_V1 potassium channel-blocking toxins. ''J Biol Chem'' 273:25393-25403pmid|9738007}}</ref> и блокирует активность калиевых каналов. Таким образом, дендротоксины продлевают продолжительность потенциалов действия и увеличивают высвобождение ацетилхолина в нервно-мышечном соединении, которое может привести к мышечной перевозбудимости и судорогам.

Дендротоксины являются ~ 7kDa белками, состоящими из одной пептидной цепи из приблизительно 57-60 аминокислот. Были выделены несколько гомологов альфа-дендротоксина, все обладающие несколько иной последовательностью. Тем не менее, молекулярная архитектура и складная конформация этих белков очень похожи. Дендротоксины обладают очень короткой 3₁₀-спиралью вблизи N-конца пептида, в то время как два оборота [[Альфа-спираль|альфа-спирали]] происходит вблизи С-конца. Двунитевой антипараллельный [[β-лист]] занимает центральную часть молекулярной структуры. Эти две β-нити соединены искаженной областью β-оборота<ref>Katoh{{cite E, Nishio H, Inui T, Nishiuchi Y, Kimura T, Sakakibara S, Yamazaki T (2000). Structural Basis for the Biological Activity of Dendrotoxin-I, a Potent Potassium Channel Blocker. ''Biopolymers'' 54:44-57pmid|10799980}}</ref>, что, предположительно, играет важную роль в активности связывания белка. Все дендротоксины сшиты тремя [[Дисульфидная связь|дисульфидными связями]], которые добавляют стабильность белку и в значительной степени способствует её структурной конформации. Радикалы [[Цистеин|цистеина]], образующие эти дисульфидные связи были законсервированы среди всех членов семейства дендротоксинов, и расположены в C7-C57, С16-С40, и С32-С53 (нумерация согласно альфа-дендротоксинам).

Дендротоксины – [[Основание (химия)|основные]] белки, имеющие положительный [[Электрический заряд|заряд]] при нейтральном [[Водородный показатель|pH]]. Большинство положительно заряженных радикалов аминокислот находятся в нижней части структуры, создавая [[Ион|катионную]] область в одной части белка. Положительный заряд исходит от радикалов [[Лизин|лизина]](Lys) и [[Аргинин|аргинина]](Arg), которые сконцентрированы на трёх основных участках: вблизи N-конца (Arg3, Arg4, Lys5), вблизи C-конца (Arg54, Arg55) и узкой области β-оборота (Lys28, Lys29, Lys30).<ref>Swaminathan{{cite P, Hariharan M, Murali R, Singh CU (1996). Molecular Structure, Conformational Analysis, and Structure-Activity Studies of Dendrotoxin and Its Homologues Using Molecular Mechanics and Molecular Dynamics Techniques. J Med Chem. 39:2141-2155pmid|8667358}}</ref>. Полагают, что эти положительно заряженные радикалы могут играть критичную роль в связывающей активности дендротоксинов, так как они могут взаимодействовать с анионными участками (отрицательно заряженными аминокислотами) в порах калиевых каналов.

Одна молекула дендротоксина обратимо связывается с калиевым каналом для того, чтобы оказать ингибирующий эффект. Предполагается что это взаимодействие инициируется [[Электростатика|электростатическими]] взаимодействиями между положительно заряженными радикалами аминокислот в катионной области дендротоксина и отрицательно заряженными радикалами в порах [[Ионные каналы|ионных каналов]]. Калиевые каналы, как и другие катионно-избирательные каналы, предположительно имеют облако отрицательных зарядов, находящихся перед входным отверстием в пору канала, которое помогает проводить ионы калия по пути проникновения. Обычно считается (но не доказано), что молекулы дендротоксина связываются с [[анион]]ными связями вблизи внеклеточной поверхности канала и физически закрывают пору, тем самым предотвращая проведение ионов. Однако, Имреди и МакКиннон<ref>Imredy{{cite JP, and MacKinnon R (2000). Energetic and Structural Interactions between delta-Dendrotoxin and a Voltage-gated Potassium Channel. J. Mol. Biol. 296:1283-1294pmid|10698633}}</ref> предположили, что дельта-дендротоксин может иметь отклонённое от центра место связывания на целевых белках, и может ингибировать канал путём изменения его структуры, а не физического блокирования пор.

Калиевые каналы нейронов [[Позвоночные|позвоночных]] имеют множество разновидностей, позволяющих им подстраивать свойства их электрических сигналов проявлением различных комбинаций подгрупп калиевых каналов. К тому же, так как они регулируют движения ионов через биологические мембраны, они являются важными во многих аспектах клеточной регуляции и передаче сигналов разных типов клеток. Следовательно, потенциалозависимые калиевые каналы являются целями для широкого спектра сильнодействующих биологических токсинов таких животных, как змеи, [[Скорпионы|скорпионы]], актинии и конических [[Улитки|улиток]]. Так, [[Очищение|очищение]] яда привело к выделению пептидных токсинов, таких, как дендротоксин, которые стали полезными фармакологическими инструментами для изучения калиевых каналов. В связи с их активностью и избирательностью к различным подтипам калиевых каналов, дендротоксины стали пригодными к использованию в качестве молекулярных зондов для структурного и функционального анализа этих белков. Это может помочь пониманию ролей, играемых отдельными типами каналов, а также помочь классифицированию разнообразных типов каналов.<ref>{{cite Yoshida S and Matsumoto S (2005). Effects of alpha-dendrotoxin on K+ currents and action potentials in tetrodotoxin-resistant adult rat trigeminal ganglion neurons. J Pharmacol Exp Ther 314:437-445pmid|15831438}}</ref>.