デルタアトラコトキシン
デルタアトラコトキシン
デルタアトラコトキシン-Ar1（ロブストキシン）の3Dスティックモデル
識別子
シンボルアトラコトキシン
ファムPF05353
インタープロIPR008017
SCOP21qdp /スコープ/ SUPFAM
OPMスーパーファミリー112
OPMタンパク質1vtx
利用可能なタンパク質構造:
PDB  IPR008017 PF05353 ( ECOD ; PDBsum )  
アルファフォールド

デルタアトラコトキシン（δ-ACTX-Ar1、ロブストキシン、またはロブストトキシン）は、シドニージョウゴグモ（Atrax robustus ）の毒に含まれる低分子量の神経毒性ポリペプチドです。

デルタアトラコトキシンは、霊長類において、自律神経ニューロンおよび運動ニューロンにおけるナトリウムイオンチャネルの不活性化を遅らせることで、潜在的に致命的な神経毒性症状を引き起こす。クモの標的である昆虫においては、この毒素はカルシウムイオンチャネルに対して同様の作用を示す。[ 1 ]

アトラコトキシンの構造は、シスチンノットモチーフを持つコアβ領域で構成されており、これは他の神経毒性ポリペプチドにも見られる特徴である。[ 1 ] [ 2 ]

歴史

1927年以来、シドニージョウゴグモによるヒトの毒殺記録が残されており、1927年から抗毒素が利用可能になった1981年までの間に、医学文献には14件の死亡例が報告されています。クモの性別が判明した全ての症例において、死亡はオスのクモに噛まれた後に発生しました。[ 3 ]

構造

デルタアトラコトキシンは、化学式C 206 H 313 N 59 O 59 S 9で表される42残基のペプチド毒素です。[ 4 ]デルタアトラコトキシンのアミノ酸配列は、14番目から16番目の位置に3つの連続したシステイン残基を含むという点で一般的ではありません。デルタアトラコトキシンのアミノ酸配列は以下のとおりです。

CAKKRNWCGK NEDCCCPMKC IYAWYNQQGS CQTTITGLFK KC

システイン架橋は、Cys1 と Cys15、Cys8 と Cys20、Cys14 と Cys31、Cys16 と Cys42 の間に存在します。

構造は、ジスルフィドノットによって安定化された小さな三本鎖βシートと、それに続く3つの典型的なまたは逆のyターンからなるC末端延長部から構成される。ジスルフィドノットは、2つのジスルフィド結合（1-15と8-20）と、3つ目のジスルフィド結合（14-31）が通過する接続バックボーンからなるリングである。シート間水素結合に基づいて定義されるβシートは、+2x、-1のトポロジーを持つ残基6-8（ストランドI）、19-21（ストランドII）、および29-32（ストランドIII）から構成される。ストランドIとIIIの間の2つの水素結合（そのうちの1つのアミドはゆっくり交換するアミドプロトンを持つ）は歪んでいる（NHからCOまでの距離は2.5Åから3.0Åの間）。ストランド II と III の間には 4 つの水素結合があり (すべて対応するゆっくり交換するアミドプロトンを持つ)、ほとんどの構造に 3 つ、半数の構造に 1 つ存在します。構造にはいくつかの鎖反転が含まれています。最初の鎖反転は明確に定義されておらず、タイプ II β-ターン (Lys3-Asn6) または Arg5 を中心とした y-ターンのいずれかです。鎖反転 II は Gly9 を中心とした y-ターンです。鎖反転 III は明確に定義されておらず、タイプ I β-ターン (Asnn-Cys14) または Asn11 を中心とした逆 y-ターンのいずれかです。鎖反転 IV (Cys15-Met18) は水素結合によって安定化されていませんが、Cys16 と Pro17 の間に cis ペプチド結合があり、タイプ Via ターンに似ています。5 番目の鎖反転は残基 22～28 の領域で発生し、i2 ループの基準を満たしています。 Cys16-Cys42 ジスルフィド結合によって安定化された C 末端延長部は、3 つの y ターン VI から VIII で構成され、それぞれ Thr33 を中心とした逆ターン、Ile35 を中心とした標準ターン、および Phe39 を中心とした逆ターンです。3 つの y ターン水素結合はすべて、ゆっくり交換するアミドプロトンを持っています (ただし、他のターンはそうではありません)。二次構造要素のコンセンサス水素結合で説明できない、ゆっくり交換するアミドプロトンは Gly37 のプロトンだけです (これは、構造の 1 つで Thr34 と水素結合しています)。Cys1-Cys15 および Cys8-Cys20 ジスルフィド結合の立体配座は明確に定義されており、それぞれ負と正の Xss を持っています。他の 2 つの結合は、より低い次数パラメータを持っています。 RBXの疎水性コアは限定されており、基本的にはジスルフィドノットのシステイン残基と埋め込まれたMet18で構成されています。22-28ループは、1つの非極性残基Ala23と3つの芳香族残基Tyr22、Trp24、Tyr25を含み、N末端にはIle21が隣接しています。また、Trp7はC末端付近に存在するため、この領域は分子上で重要な非極性表面となっている。RBXは高度に正に帯電しており、Arg残基（配列位置5）1個とLys残基（3、4、10、19、40、41）6個で構成され、Glu12とAsp13のみがバランスをとっている。これらの荷電残基は表面上に3つのパッチを形成する。パッチAは正に帯電した残基3、4、5、パッチBは残基10、12、13とN末端（Lys10とGlu12、Asp13とN末端の間の塩橋の可能性を含む）、パッチCは残基19、40、41とC末端から構成される。[ 2 ]

作用機序

デルタアトラコトキシンは、ジョウゴグモの毒注入後に見られる、潜在的に致死的な毒注入症候群の原因です。d-アトラコトキシンは、活動電位の自発的かつ反復的な発火と延長を引き起こし、体神経終末および自律神経終末からのアセチルコリン神経伝達物質の持続的な放出をもたらします。これにより、電位依存性ナトリウムチャネルの不活性化が遅くなり、活性化の電位依存性が過分極シフトします。この作用は、サソリα-毒素やイソギンチャク毒素と類似しているが同一ではない様式で、神経毒受容体サイト3に電位依存的に結合するためです。イソギンチャク毒素とサソリ毒素では、荷電側鎖（特に陽イオン性）と疎水性側鎖の組み合わせが、ナトリウムチャネルの受容体サイト3への結合に重要です。したがって、デルタアトラコトキシンとベルストキシン（デルタアトラコトキシンの近縁相同体）にも同じことが当てはまることは驚くべきことではありません。デルタアトラコトキシンは、表面に3つの異なる荷電パッチと、22-28ループを中心とした非極性領域を有しています。これらの構造的特徴はいずれも、電位依存性ナトリウムチャネルへの結合に関与している可能性がありますが、ナトリウムチャネルとの相互作用に重要な残基を特定し、その結合部位の妥当なモデルを構築するには、さらなる研究が必要です。[ 2 ]

合成

合成毒素の利用可能性により、科学者は毒素の生物学的活性をさらに探求することができ、d-ACTX-Ar1aが活動電位の反復発火と延長を引き起こすという観察結果に至りました。これらの作用は、毒液注入後に見られる臨床症状の根底にあり、この強力な神経毒が電位依存性ナトリウムチャネルに及ぼす作用の分子基盤の理解にさらに貢献しています。

後根神経節（DRG）ニューロンにおける電圧クランプ条件下で、合成毒素のナトリウム電流への影響は、天然毒素について以前に報告されたものと有意に異なることが確認された。天然d-ACTX-Ar1aおよび合成d-ACTX-Ar1aはいずれもTTX抵抗性ナトリウム電流には影響を与えなかったが、どちらも神経毒受容体サイト3への作用と一致して、TTX感受性ナトリウム電流に対して強力な選択的調節作用を示した。これには、ナトリウムチャネル不活性化の遅延、活性化の電圧依存性における過分極シフト、および定常状態ナトリウムチャネル不活性化における過分極シフトが含まれる。

d-ACTX-Ar1aは活動電位持続時間の延長を引き起こし、自発的な反復発火を伴うが、静止膜電位を脱分極させない。嘔吐、多量の発汗、流涎、流涙、著しい高血圧とそれに続く低血圧など、自律神経系への影響、および筋線維束性収縮や呼吸困難（息切れ）を引き起こす体神経系への影響は、おそらく過剰な伝達物質放出に起因すると考えられる。d-ACTX-Ar1aのナトリウムチャネル結合表面を同定するには、特定の残基を変化させた類似体を合成する必要がある。これらの研究は、ナトリウムチャネル上の神経毒受容体部位であるサイト3のより詳細なマッピングに貢献し、本化合物および関連アトラコトキシンの門特異的な作用を決定する上で重要な構造活性データを提供する。[ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]

毒性

クモの毒の毒性は、クモの性別によって影響を受けます。最小致死量の測定に基づくと、オスのジョウゴグモの毒はメスの6倍強力であるようです。さらに、動物種によって毒に対する反応は異なります。例えば、ネズミ、ウサギ、猫はメスのジョウゴグモに噛まれても影響を受けませんが、マウスとモルモットの20%はメスに噛まれると致命的になります。しかし、オスのジョウゴグモに噛まれると、ほぼすべてのマウスとモルモットが死亡しました。オスのクモの毒の方が強力であるように思われますが、イヌやネコにはオスのクモに噛まれると軽度の一時的な影響しか与えません。ヒトを含むほとんどの霊長類は、ジョウゴグモの毒に非常に敏感であるようです。[ 7 ]

オスのクモの粗毒のマウスに対するLD50値は11.3mg/kgでした。メスのクモの毒は80mg/kgでした。オスのクモから単離された純粋なデルタアトラコトキシンのLD50値は、生後2日未満のマウスで試験したところ0.16mg/kgでした。[ 8 ]

兆候と症状

シドニージョウゴグモに噛まれると、大きな牙と酸性のpH値のため、最初は激しい痛みを伴います。すぐに治療を行わないと、咬傷後10分ほどで症状が現れることがあります。[ 3 ]高血圧症が発生する可能性があり、その後、しばしば長期の低血圧と循環不全に陥ります。その他の症状としては、呼吸困難、最終的には呼吸不全、全身の骨格筋線維束性収縮、流涎、流涙、発汗、吐き気、嘔吐、下痢、肺水腫、疼痛などがあります。

毒の注入の進行は霊長類で精密に研究されており、その症状はヒトの症状と非常によく似ている。毒に刺されてから最初の25分で呼吸障害が起こり、徐々に悪化する。一部のサルは人工呼吸器を必要とした。最初、血圧は低下したが、その後急速に上昇し、その後徐々に低下した。40～100分後には重度の低血圧が起こった。6～15分後には流涙が始まり、続いて流涎が続いた。これらの症状は毒に刺されてから15～35分後に最も重篤になった。骨格筋の線維束性収縮は8～10分後に始まり、20～45分の間にピークに達した。同時に体温の上昇もみられた。

雄の毒による中毒症状は、症状の発現が若干遅れるものの、ほぼ同様の症状を引き起こします。雌の毒による中毒症状も同様ですが、症状ははるかに軽度です。[ 9 ]

抗毒素

この抗毒素は、メルボルンのコモンウェルス血清研究所（CSL）のストラアン・サザーランド率いるチームによって開発された。1981年にこの抗毒素が利用可能になって以来、シドニーのジョウゴグモに噛まれて死亡したという記録はない。2012年9月、抗毒素の在庫が不足していると報じられ、一般の人々にクモを捕まえて毒を搾乳するよう呼びかけられた。[ 10 ]クモの毒は、優しく牙を撫でて致命的な毒の微小な滴を集めることで採取される。この毒は抗毒素の製造に必要であり、1回の抗毒素投与にはクモから約70回の毒搾乳が必要となる。

ジョウゴグモ抗毒素は、オスのジョウゴグモ（Atrax robustus）の毒で免疫されたウサギの血漿から調製されます。本製品1バイアルには、ジョウゴグモ毒1.25mgを中和するように標準化された抗毒素125単位が含まれています。本製品には、グリシンおよびその他のウサギ血漿タンパク質も含まれています。

ジョウゴグモ抗毒素は、ウサギ血漿由来の精製免疫グロブリン（主に免疫グロブリンG）であり、ジョウゴグモ（Atrax robustus ）の毒液中の毒性物質に対する特異的抗体を含んでいます。この抗毒素は、 Hadronyche属（旧称Atrax ）の他のジョウゴグモに咬まれた患者の治療に有効であることが証明されています。[ 11 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b Fletcher JI, Chapman BE, Mackay JP, Howden ME, King GF (1997年11月). 「ベルストキシン（デルタ-アトラコトキシン-Hv1）の構造は、サイト3神経毒の電位依存性ナトリウムチャネルへの結合に関する知見を提供する」 . Structure . 5 (11): 1525–35 . doi : 10.1016/S0969-2126(97)00301-8 . PMID  9384567 .
  2. ^ a b c d Pallaghy PK, Alewood D, Alewood PF, Norton RS (1997年12月). 「ジョウゴグモAtrax robustusの致死性神経毒ロブストキシンの溶液構造」. FEBS Letters . 419 ( 2–3 ): 191–6 . Bibcode : 1997FEBSL.419..191P . doi : 10.1016/S0014-5793(97)01452-X . PMID 9428632 . 
  3. ^ a b Nicholson GM, Graudins A (2002年9月). 「アジア太平洋地域における医学的に重要なクモ：アトラコトキシン、ラトロトキシンおよび関連するクモ神経毒」. Clinical and Experimental Pharmacology & Physiology . 29 (9): 785–94 . doi : 10.1046/j.1440-1681.2002.03741.x . PMID 12165044 . 
  4. ^ PubChem. 「ロブストキシン」 . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . 2020年3月26日閲覧。
  5. ^ Nicholson GM, Little MJ, Birinyi-Strachan LC (2004年4月). 「デルタアトラコトキシンの構造と機能：電位依存性ナトリウムチャネルを標的とする致死性神経毒」. Toxicon . 43 (5): 587–99 . Bibcode : 2004Txcn...43..587N . doi : 10.1016/j.toxicon.2004.02.006 . hdl : 10453/4628 . PMID 15066415 . 
  6. ^ Alewood D, Birinyi-Strachan LC, Pallaghy PK, Norton RS, Nicholson GM, Alewood PF (2003年11月). 「シドニージョウゴグモ（Atrax robustus）毒由来の致死性神経毒デルタ-アトラコトキシン-Ar1aの合成と特性解析」.生化学. 42 (44): 12933–40 . doi : 10.1021/bi030091n . PMID 14596608 . 
  7. ^ Gupta RC (2012).獣医毒性学の基礎と臨床原理（第2版）. アムステルダム: エルゼビア. ISBN 978-0-12-385927-3。
  8. ^ Sheumack DD, Baldo BA, Carroll PR, Hampson F, Howden ME, Skorulis A (1984). 「ジョウゴグモ（Atrax）毒の特性と毒性成分の比較研究」.比較生化学・生理学. C, 比較薬理学・毒性学. 78 (1): 55– 68. doi : 10.1016/0742-8413(84)90048-3 . PMID 6146485 . 
  9. ^ Mylecharane EJ, Spence I, Sheumack DD, Claassens R, Howden ME (1989). 「麻酔サルにおける、オスのジョウゴグモ（Atrax robustus）毒由来の神経毒性ポリペプチドであるロブストキシンの作用」. Toxicon . 27 (4): 481–92 . Bibcode : 1989Txcn...27..481M . doi : 10.1016/0041-0101(89)90211-0 . PMID 2728033 . 
  10. ^ 「ファンネルウェブスパイダーの捕獲を国民に呼びかけ」 9 News Australia、2012年9月3日。 2020年5月20日閲覧。
  11. ^ 「Funnel web spider antivenom – Product information」（PDF） CSL Limited. 2013年4月21日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
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