ノテキシン
ノテキシン
ノテキシンの3次元構造の模式図（PDB：1AE7）。
識別子
生物ノテキス・スクタトゥス
シンボル該当なし
CAS番号37223-96-4
PDB1AE7
ユニプロットP00608
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構造スイスモデル
ドメインインタープロ

ノテキシンは、タイガースネーク（Notechis scutatus ）が産生する毒素です。筋毒性、シナプス前毒性、神経毒性を有するホスホリパーゼA2（PLA 2 s）です。[ 1 ]これらは、脂肪酸の2位にある脂肪酸末端とグリセロール間の結合を加水分解する酵素です。[ 2 ]

歴史

ノテキシンという名称は、この毒素がタイガースネークの毒の主成分であることが初めて発見されたことに由来する。[ 3 ]ノテキシンという名称は、属名Notechisと「toxin（毒素）」という言葉を組み合わせたものである。タイガースネークは1861年にヴィルヘルム・ペータースによって初めて記載された。[ 4 ]この毒素は100年以上後の1972年にカールソンらによって初めて精製された。[ 3 ] [ 5 ]これをきっかけに、ノテキシンに関する研究がさらに進められた。[ 5 ] [ 6 ]

構造

ノテキシンは単一分子から構成されています。この分子は、7つのジスルフィド結合によって架橋された119個のアミノ酸残基からなる単一ペプチド鎖です。[ 7 ]

X線回折法を用いてノテキシンの結晶構造が決定され、ノテキシンはP3121またはP3221空間群に属し、格子定数はa = b = 74.6 Å、c = 49.0 Å、β = 120⁰であると結論づけられました。このデータは2.0 Åの分解能で得られ、R係数は16.5%でした[ 8 ] 。タンパク質データの場合、このR係数は通常20%であり[ 9 ] 、ノテキシンの結晶構造は比較的よく定義されていることを示しています。

ノテキシンの超分子構造は、他のPLA 2と非常に類似しています。ノテキシンと多くのPLA 2は、二次構造中に4つの特徴的な主ヘリックス（αA、αB、αC、αEヘリックス）と短いカルボキシル末端ヘリックスを有しています。また、活性部位は他のPLA 2 と十分に類似しているため、酵素特性を議論する際にモデル構築研究を利用できます。ノテキシンは、主鎖長の違いと69番目のアミノ酸残基における立体配座により、他のPLA 2とは大きく異なります。 [ 8 ]

ノテキシンの活性部位にはHis-48残基が含まれる。この残基は、ノテキシンにも存在するAsp-99残基のカルボキシル酸素と密接に接触している。[ 8 ]ほとんどのPLA 2 sでは、活性部位の壁は疎水性残基で覆われている。水の酸素上の孤立電子対がエステルを攻撃すると、His-48残基がプロトン移動を促進し、基質のカルボニル酸素はPLA 2 s上の正に帯電したNH基によって固定され、安定化されると考えられる。[ 10 ]

作用機序

ノテキシンはラットの血流に入ると、一般的に致死的となる。この致死作用は、呼吸筋の神経筋接合部におけるシナプス前伝達の遮断によって生じ、窒息を引き起こす。また、静脈内注射により筋毒性作用を示すことも示されている[ 8 ] 。筋毒性作用は、一般的に筋壊死を伴う[ 11 ] 。

ディクソンら、1996年[ 12 ]によると、ノテキシンのこの筋毒性は、ノテキシンが筋鞘に結合して過収縮を引き起こし、その結果、過収縮部位間の膜が破裂して筋壊死が起こるためであると考えられています。[ 12 ]しかし、少なくともマウスでは、シナプス前活動ははるかに強力です。[ 8 ]

ノテキシンは、影響を受けた神経終末におけるアセチルコリンの放出を間接的に減少させるか、完全に停止させる。このアセチルコリンは通常、活動電位を引き起こし、それによって筋収縮を引き起こす。このアセチルコリン放出の減少は、シナプス小胞の再利用障害によって引き起こされることが判明した。シナプス小胞含有量の減少と、影響を受けた組織における異常に大きい小胞が観察された。これに続いて、神経終末が縮小し、これらの終末における小胞量の減少が観察された。[ 8 ]

細胞との相互作用の正確な方法は不明ですが、他のPLA 2と同様に、ノテキシンは筋細胞および運動ニューロンの高親和性特異的タンパク質受容体または低親和性脂質ドメインと相互作用することが示唆されています。ノテキシンが細胞膜と相互作用すると、細胞膜中のリン脂質が加水分解されます。[ 13 ]ある研究[ 14 ]では、 PLA 2活性がない場合でも、ノテキシンは膜損傷作用を示すことが示されており、ノテキシンには細胞膜を損傷する複数のメカニズムがあることが示唆されています。

細胞膜はイオン透過性となり、細胞外液からのCa 2+の流入を引き起こす。筋細胞では、Ca 2+の流入によりミオフィラメントの過収縮が起こり、細胞膜に機械的損傷を与える可能性がある。[ 12 ] [ 13 ]ミトコンドリアはCa 2+を取り込み、最終的にミトコンドリアの機能低下につながる。細胞質中の高Ca 2+濃度は、Ca 2+依存性プロテアーゼ、カルパイン、[ 15 ]および内因性Ca 2+依存性ホスホリパーゼA 2を活性化する。カルパインは細胞の細胞骨格成分を分解し、Ca 2+依存性ホスホリパーゼA 2は細胞膜を加水分解し、これがさらなる細胞分解と大量のCa 2+流入につながる。ある時点で損傷は不可逆となり、細胞の壊死が起こる。[ 12 ] [ 13 ]

ニューロンでは、カルシウムの流入により、放出準備が整ったシナプス小胞とシナプス小胞の予備プールが放出される。[ 13 ] [ 16 ]研究[ 16 ]では、ノテキシン処理後のニューロンではシナプス小胞の数が大幅に減少したことが示された。これらの結果は、ノテキシンがCa2+流入によるエキソサイトーシスに加えて、新しいシナプス小胞のエンドサイトーシスも阻害することを示唆していると思われる。[ 13 ] [ 16 ] [ 17 ]筋細胞と同様に、ニューロンへのCa2+流入はミトコンドリア機能の低下、カルパインおよび内因性Ca2 +依存性PLA 2 sの活性化をもたらす。これは、筋細胞と同様の構造的損傷につながる。[ 13 ]

実験研究では、ノテキシンがマウスに対して腎毒性作用を示すことも示されました。ある研究[ 18 ]では、投与量に応じて24時間以内に尿細管および糸球体の損傷が認められました。

免疫反応

ノテキシンの代謝については多くはわかっていない。しかし、研究では、この毒素は特定の抗体によって無効にできることが示されている。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]ある研究では、マウスはノテキシン、この毒素の類似アイソフォーム、および同じ起源の他の毒に対して耐性を持つようになった。これは、マウスを解毒されていないノテキシンにさらすことによって行われた。ノテキシンペプチド鎖のC末端部分がこれらの抗体の結合部位であることが判明し、したがって、ここが抗原ドメインの部位であることがわかっている。[ 19 ]別の研究では、ノテキシンの効果を阻害できる抗原の少なくともいくつかは、交差中和によってこれを行なうことが示されている。[ 20 ]また、特定の抗体は、異なるノテキシンアイソフォームに対して異なる親和性を持つことがわかっている。これらの異なるアイソフォームは、異なる地理的場所に生息するヘビに発生する。[ 21 ]したがって、ノテキシン抗体が必ずしもすべてのノテキシンアイソフォームに同じ親和性で結合するわけではない。

症状

ノテキシンは、咬傷部位に痛みを引き起こし、その後、過剰な唾液分泌、脱力感、眠気、呼吸困難、血圧低下、唇、喉頭、舌、顔面筋の麻痺などを引き起こします。視力低下、眼瞼下垂、頭痛、痙攣などの症状が現れる場合もあります。[ 22 ] [ 23 ]

毒性

ノテキシンのヒトへの反応に関する研究はないが、毒素を注射すると筋肉損傷とミオグロビン尿が起こることが知られている。[ 12 ]データによると、タイガースネークはオーストラリアにおけるヘビ咬傷の主な原因の一つであり、ヘビ咬傷による死亡原因の第2位となっている。[ 24 ]

げっ歯類におけるノテキシンの毒性作用に関する結果がいくつか報告されている。[ 23 ] [ 25 ]ラットのヒラメ筋に1～2μgの純粋な毒素を注射すると、すべての筋線維が破壊される。[ 25 ]マウスでは、皮下注射した場合のLD50は0.214mg/kg、静脈注射した場合は0.04mg/kgである。[ 23 ] [ 25 ] ノテキシン注射後の再生マウス長趾伸筋（EDL）の機能的および形態学的特性に関する研究もある。注射後3日で線維が完全に破壊され、機能能力が失われた。10日後には、筋肉は完全に再生線維で構成されていた。[ 26 ]

処理

市販されているノテキシン抗毒素は存在しません。効果を発揮する可能性のある一般的なタイガースネーク抗毒素が2種類あります。 [ 27 ]タイガースネーク抗毒素のノテキシンに対する有効性に関する研究は見つかっていません。

参考文献

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