セラストシチン

セラストサイチンはヘビ毒に含まれるトロンビン様セリンプロテアーゼです。

機能の概要

ヘビ毒には、爬虫類の獲物を様々な方法で死に至らしめる毒素が含まれている。毒素のほとんどは、直接的な死因によって、 [1]コブラ科のヘビ毒（主に神経毒性）またはクサリヘビ科のヘビ毒（主に血液毒性）の2つのカテゴリーのいずれかに分類される。 [2] コブラ科のヘビは、支配的な神経毒がコリンエステラーゼの活動を阻害し、横隔膜を含むすべての筋肉を麻痺させるため、獲物を窒息死させる。[3]クサリヘビ科のヘビに噛まれた後の直接的な死因は、血圧の急激な低下または脳卒中であり、このタイプの毒に最も多く含まれる血液毒が、広範囲にわたる凝固または出血を誘発する。[4]ヘビはこのように分類されるが、どちらのタイプの毒にも、神経毒性、血液毒性、栄養素の消化、および獲物を消費するために必要なその他の機能 に関与する多くの毒性酵素が含まれている可能性がある。

血栓形成につながるすべての血液毒素は血小板凝集を誘発しますが、その方法は様々です。例えば、ボトロセチンは、ジャララカ（ Bothrops jararaca ）の毒液に含まれており、フォン・ヴィレブランド因子（vWF）を活性化し、血小板糖タンパク質Ib（GPIb）への結合を誘導することで、血小板凝集の初期段階の表面を提供します。[5] 一方、セラストサイチン（Cerastes cerastesの毒液由来）、トロンボサイチン（Bothrops atrox由来）[6]など、多くのセリンプロテアーゼは、トロンビンと非常によく似た働きをします。トロンビンと同様に、これらのプロテアーゼはナノモル濃度で血小板凝集を誘発し、中にはフィブリン血栓の形成さえも誘発するものがあります。

トロンビンとの構造比較

セラストサイチンは、他の多くのセリンプロテアーゼ[7] 、 特にトロンビンと同様に、疎水性ポケット、正表面、そして触媒トライアドという3つの際立った特徴を有する。さらに、セラストサイチンの三次構造は、他のセリンプロテアーゼで形成されるものと同様のジスルフィド結合によって維持されている。この構造的類似性は、セラストサイチンが5nMの濃度で血小板を凝固させ、フィブリノーゲンを加水分解する能力に起因しており、これは1nMの濃度でのトロンビンの活性と非常によく似ている。[8]セラストサイチンは256個のアミノ酸から構成されている。

疎水性ポケット

セラストサイチンは、フィブリノペプチドAに結合する疎水性ドメインを有し、3次元構造ではαトロンビンの類似領域と非常に類似しています。これらの機能的および構造的類似性にもかかわらず、セラストサイチンはIle98、Val99、Tyr172、Trp215という独自のアミノ酸配列を有しており、これが90-ループ（Phe90 Val99）と結合して疎水性ポケットを形成します。トロンビンにおいてこの役割を果たすペプチド（Leu99、Ile174、Trp215）は、アリール結合部位として知られており、多くの異なる種で保存されていると考えられます。

しかしながら、セラストサイチンの疎水性ポケット内のこの配列の多様性は、基質の疎水性部分と相互作用する非極性領域が存在する限り、正確なアミノ酸組成はプロテアーゼのフィブリノーゲン結合能とは無関係であることを示唆している。一方、Trp215がトロンビンとセラストサイチンで唯一保存されている残基であるという事実は、この1つの位置がフィブリノーゲン切断において非常に重要であることを示唆している。これは、Trp215残基を欠くトロンボサイチンが血小板凝集には関与するが、フィブリノーゲン溶解活性には関与しないという観察結果によって裏付けられている。[8]

正の表面

疎水性ポケットと同様に、セラストシチンの正電荷表面の配列はトロンビンのそれとはアミノ酸配列が異なるものの、3次元構造と機能性は同一である。セラストシチンでは、残基Tyr67-Arg80間の塩基性アミノ酸（Arg2個、Lys1個、His2個、Asp1個）が優勢となり、陽イオン性表面が形成されている。[8]同様にトロンビンでは、Arg67-Ile80間の残基配列は異なるものの、Arg4個、Lys1個、His1個、Glu2個が同一の領域を占めている。これらの配列によって形成される正電荷ループは、プロテアーゼの球状構造から突出している。このエキソサイトはトロンビンの血小板凝集活性に関与することが示されているため、セラストシチンのこの構造にも同様の機能が考えられる。[9]

セラストサイチンのリボン図。5つのジスルフィド結合を示している。論文に記載されているように、Cys42とCys58の間にはトロンビンに典型的なジスルフィド結合が存在しない。

触媒三位一体

疎水性ポケットや正に帯電したエキソサイトとは異なり、触媒トライアド配列は、異なる種のトロンビンとセラストシチンの両方で正確に保存されています：[8] His57、Asp102、Ser195。[10]この適合性は、加水分解活性におけるこれらの残基の重要性を改めて強調しています。

ジスルフィド架橋

Cys42-Cys58間のジスルフィド結合は、フィブリノーゲン認識サブサイトS'の一部を形成し、トロンビンのα鎖およびβ鎖加水分解能に不可欠であることが知られています。S'部位の変異は、トロンビン促進性フィブリノーゲン溶解能の低下を示しています。しかし、セラストサイチンにおいて、この領域にCys、ひいてはジスルフィド結合が欠如していても、フィブリン血栓形成や血小板凝集には影響を及ぼしません。[8]

他の毒プロテアーゼとの比較

セラストチンは、セラストサイチンよりも強力な血小板凝集促進剤です。これは、一定量では同量の粗毒と同等の活性を示すためです。一方、純粋なセラストサイチンは、同量の毒に比べて血小板凝集を6倍遅く引き起こします。しかし、セラストチンはセラストサイチンよりも速度論的に有利である一方で、フィブリノーゲン存在下でのみ血小板に結合します。さらに、その受容体結合部位はトロンビンの受容体結合部位とは異なります。これは、セラストチンがトロンビン脱感作試験後も活性を示し、トロンビンの競合阻害剤の影響を受けなかったという事実によって裏付けられています。[11]

阻害

トロンビンとセラストサイチンに対する様々な阻害剤の効果は必ずしも一貫していない。トロンビンと同様に、セラストサイチン活性化血小板凝集はクロルプロマジン、テオフィリン、メパクリンによって阻害される。しかし、ヒルジンとアンチトロンビンIIIは、トロンビン促進性血小板凝固形成を阻害することが観察されているにもかかわらず、セラストサイチンを介した凝固形成には影響を与えない。このデータは、血小板とフィブリノペプチドの結合部位がセラストサイチンに異なることを示唆している。なぜなら、これら2つの機能は互いに独立して阻害できるからである。さらに、トロンビンを阻害することが観察されている一部の抗体（LJIblOなど）は、セラストサイチンの活性を阻害したが、セラストチンの活性には阻害しなかった。このデータは、非常に異なる活性化メカニズムを介して同様の生理学的結果をもたらす複数の毒素が存在するという概念を裏付けている。[11]

参考文献

ウィキメディア・コモンズには、ヘビ毒の毒素に関連するメディアがあります。
  1. ^ 「The Reptipage: ヘビ毒」. reptilis.net.
  2. ^ 「コブラ科」. ブリタニカ百科事典オンライン.
  3. ^ Mirajkar KK, More S, Gadag JR (2005). 「 Bungarus caeruleus（インドアブラヘビ）毒からの神経毒の単離・精製：ラットにおける毒素誘発性の生化学的変化」 J Basic Clin Physiol Pharmacol . 16 (1): 37– 52. doi :10.1515/jbcpp.2005.16.1.37. PMID  16187485.
  4. ^ Bazaa A、Marrakchi N、El Ayeb M、Sanz L、Calvete JJ (2005 年 11 月)。 「ヘビ毒学: チュニジアのヘビCerastes cerastes、Cerastes viperaおよびMacrovipera lebetinaの毒プロテオームの比較分析」。プロテオミクス。5 (16): 4223–35 .土井:10.1002/pmic.200402024。PMID  16206329。
  5. ^ Read MS, Smith SV, Lamb MA, Brinkhous KM (1989年8月). 「血小板凝集におけるボトロセチンの役割：ボトロセチンとフォン・ヴィレブランド因子の活性複合体の形成」Blood . 74 (3): 1031–5 . PMID  2473809.
  6. ^ Niewiarowski S, Kirby EP, Brudzynski TM, Stocker K (1979年8月). 「 Bothrops atrox venom由来のセリンプロテアーゼ、トロンボサイチン。2. 血小板および血漿凝固因子との相互作用」.生化学. 18 (16): 3570–7 . doi :10.1021/bi00583a021. PMID  476069.
  7. ^ ネルソン, D.; コックス, M. (2005).レーニンガー生化学原理（第4版）. WHフリーマン. ISBN 9780716743392。
  8. ^ abcde Dekhil H, Wisner A, Marrakchi N, El Ayeb M, Bon C, Karoui H (2003年9月). 「血小板凝集活性を有する機能的なヘビ毒セリンプロテアーゼの分子クローニングと発現、Cerastes cerastesクサリヘビ由来」.生化学. 42 (36): 10609–18 . doi :10.1021/bi034790b. PMID  12962484.
  9. ^ Krishnaswamy S (2005年1月). 「エキソサイト誘導性基質特異性と凝固機能」. J Thromb Haemost . 3 (1): 54– 67. doi : 10.1111/j.1538-7836.2004.01021.x . PMID  15634266.
  10. ^ バーグ、J.ティモツコ、J. Stryer、L. (2002)。生化学(第 5 版)。 WHフリーマン。ISBN 0-7167-3051-0。
  11. ^ ab Marrakchi N, Barbouche R, Guermazi S, Bon C, el Ayeb M (1997年2月). 「Cerastes cerastes毒由来セラストサイチンの凝血促進作用および血小板凝集作用」. Toxicon . 35 (2): 261–72 . doi :10.1016/s0041-0101(96)00116-x. PMID  9080583.
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