Dendrotoksiinit ovat mambakäärmeiden tuottamien (ja niiden myrkkyjen sisältämien) presynaptisten neurotoksiinien luokka , jotka estävät tiettyjä jänniteohjattujen kaliumkanavien alatyyppejä hermosoluissa , mikä lisää asetyylikoliinin vapautumista hermo - lihassynapseissa . Korkean tehonsa ja kaliumkanavien selektiivisyyden vuoksi dendrotoksiinit ovat osoittautuneet erittäin hyödyllisiksi farmakologisina aineina näiden ionikanavaproteiinien rakenteen ja toiminnan tutkimisessa .
Dendrotoksiinit estävät tiettyjä jänniteriippuvaisten kaliumkanavien (K + ) alatyyppejä hermosoluissa. Hermostossa jänniteohjatut K + -kanavat vastaavat kalvon repolarisaatiosta ja säätelevät toimintapotentiaalien kestoa . Dendrotoksiinin on osoitettu sitoutuvan Ranvierin motoristen neuronien sieppausten kaliumkanaviin [1] ja estävän kaliumkanavien toimintaa. Siten dendrotoksiinit pidentävät toimintapotentiaalin kestoa ja lisäävät asetyylikoliinin vapautumista hermo-lihasliitoksessa, mikä voi johtaa lihasten ylikiihtymiseen ja kouristuksiin.
Dendrotoksiinit ovat ~7kDa:n proteiineja, jotka koostuvat yhdestä noin 57-60 aminohapon peptidiketjusta. α-dendrotoksiinista on eristetty useita homologeja, joilla kaikilla on hieman erilainen sekvenssi. Näiden proteiinien molekyylirakenne ja konformaatio ovat kuitenkin hyvin samankaltaisia. Dendrotoksiineilla on hyvin lyhyt 3 10 kierre lähellä peptidin N-päätä, kun taas a-heliksin kaksi kierrosta tapahtuu lähellä C-päätä. Kaksijuosteinen antirinnakkais β-levy vie molekyylirakenteen keskiosan. Nämä kaksi β-juostetta yhdistää vääristynyt β-käännösalue [2] , jolla oletettavasti on tärkeä rooli proteiineja sitovassa aktiivisuudessa. Kaikki dendrotoksiinit on silloitettu kolmella disulfidisidoksella , jotka lisäävät proteiinin stabiilisuutta ja määräävät suurelta osin sen konformaatiota. Näitä disulfidisidoksia muodostavat kysteiiniradikaalit ovat identtisiä kaikissa dendrotoksiiniperheen jäsenissä, ne sijaitsevat C7-C57-, C16-C40- ja C32-C53-alueilla (numeroitu α-dendrotoksiinien mukaan) .
Dendrotoksiinit ovat rakenteellisesti homologisia seriiniproteaasi-inhibiittoreille (SPI), mukaan lukien aprotiniini . Osoitettiin, että a-dendrotoksiinin ja ISP:n sekvenssit ovat 35-prosenttisesti identtisiä ja niillä on identtiset disulfidisidokset. Huolimatta näiden kahden proteiinin rakenteellisesta homologiasta, dendrotoksiineilla ei ole mitattavissa olevaa hyytymistekijää estävää vaikutusta, toisin kuin ICP:illä. Tämä aktiivisuuden menetys johtuu mahdollisesti avainaminohapporadikaalien puuttumisesta, jotka tuottavat rakenteellisia eroja, jotka estävät ICP-aktiivisuuden edellyttämät keskeiset vuorovaikutukset.
Dendrotoksiinit ovat emäksisiä proteiineja, joilla on positiivinen varaus neutraalissa pH :ssa . Suurin osa positiivisesti varautuneista aminohapporadikaaleista on rakenteen pohjalla, mikä luo kationisen alueen proteiinin yhteen osaan. Positiivinen varaus tulee lysiini (Lys) ja arginiini (Arg) radikaaleista, jotka ovat keskittyneet kolmeen pääkohtaan: lähellä aminopäätä (Arg3, Arg4, Lys5), lähellä C-päätä (Arg54, Arg55) ja β-käännöksen kapea alue (Lys28, Lys29, Lys30) [3] . Uskotaan, että näillä positiivisesti varautuneilla radikaaleilla voi olla kriittinen rooli dendrotoksiinien sitoutumisaktiivisuudessa, koska ne voivat olla vuorovaikutuksessa anionisten kohtien (negatiivisesti varautuneiden aminohappojen) kanssa kaliumkanavien huokosissa.
Yksi dendrotoksiinimolekyyli sitoutuu palautuvasti kaliumkanavaan aikaansaadakseen estävän vaikutuksen. Tämän vuorovaikutuksen oletetaan alkavan sähköstaattisista vuorovaikutuksista dendrotoksiinin kationisen alueen positiivisesti varautuneiden aminohapporadikaalien ja ionikanavien huokosissa olevien negatiivisesti varautuneiden radikaalien välillä . Kaliumkanavissa, kuten muissa kationiselektiivisissä kanavissa, oletettavasti on negatiivisten varausten pilvi kanavan huokosten sisääntulon edessä, mikä auttaa ohjaamaan kaliumioneja läpäisyreittiä pitkin. Yleisesti uskotaan (mutta ei todistettu), että dendrotoksiinimolekyylit sitoutuvat anionisiin sidoksiin lähellä kanavan solunulkoista pintaa ja sulkevat fysikaalisesti huokoset, mikä estää ionien johtumisen. Imready ja McKinnon [4] ovat kuitenkin ehdottaneet, että delta-dendrotoksiinilla voi olla poikkeava sitoutumiskohta kohdeproteiineissa, ja se voi estää kanavaa muuttamalla sen rakennetta sen sijaan, että se tukkiisi huokoset fyysisesti.
Monet tutkimukset ovat pyrkineet määrittämään aminohapporadikaaleja, joita tarvitaan dendrotoksiinien sitoutumiseen kohdennetuissa kaliumkanavissa. Harvey ym . [5] käyttivät erityisiä radikaaleihin kohdistettuja modifikaatioita tunnistaakseen positiivisesti varautuneita radikaaleja, jotka ovat kriittisiä l-dendrotoksiinin estoaktiivisuudelle. He raportoivat, että Lys5:n asetylaatio lähellä aminopäätä ja Lys29:n lähellä β-käännösaluetta johti merkittävään laskuun l-dendrotoksiinin sitoutumisen samankaltaisuuden suhteen. Samanlaisia tuloksia saatiin K-dendrotoksiinille käyttämällä mutageneesiä positiivisesti varautuneiden lysiini- ja arginiinitähteiden korvaamiseksi neutraaleilla alanineilla . Nämä tulokset, kuten monet muut, viittaavat siihen, että positiivisesti varautuneilla lysiiniradikaaleilla aminopuoliskossa, erityisesti Lys5:llä 310 - heliksissä , on erittäin tärkeä rooli dendrotoksiinin sitoutumisessa kohdennettuihin kaliumkanaviin. Lysiinitähteet β-kiertoalueella tuottivat vaihtelevampia tuloksia, jotka näyttivät olevan biologisesti kriittisiä joissakin dendrotoksiinihomologeissa ja valinnaisia toisissa. Lisäksi koko lysiinitrion (K28-K29-K30) mutaatio Ala-Ala-Gly:ksi α-dendrotoksiinissa johti hyvin vähäisiin muutoksiin biologisessa aktiivisuudessa.
Yleisesti vallitsee yksimielisyys siitä, että konservoitunut lysiiniradikaali lähellä aminopäätä (Lys5 α-dendrotoksiinissa) on kriittinen kaikkien dendrotoksiinien biologiselle aktiivisuudelle, kun taas muut radikaalit, kuten β-muutosalueella olevat, voivat vaikuttaa dendrotoksiinin spesifisyyteen. dendrotoksiinia välittämällä yksittäisten toksiinien vuorovaikutuksia niiden yksittäisillä kohdealueilla. Tämä ei vain auta selittämään joidenkin dendrotoksiinien vahvaa spesifisyyttä jänniteriippuvaisten K+-kanavien eri alatyypeille , vaan myös selittää erot dendrotoksiinien tehokkuudessa normaaleihin K + -kanaviin . Esimerkiksi Wang ja muut tutkijat [6] osoittivat, että K-dendrotoksiinin vuorovaikutus K V 1.1:n kanssa saadaan aikaan sen lysiiniradikaaleista sekä aminopäässä että β-käännösalueella, kun taas α-dendrotoksiini ilmeisesti vuorovaikuttaa sen kanssa. kohdistaa vain aminopään kustannuksella. Tämä vähemmän laaja vuorovaikutusalue voi auttaa selittämään, miksi α-dendrotoksiini on vähemmän erotteleva, kun taas K-dendrotoksiini on erittäin selektiivinen K V 1.1:n suhteen.
Selkärankaisten hermosolujen kaliumkanavissa on monia muunnelmia, joiden avulla ne voivat hienosäätää sähköisten signaaliensa ominaisuuksia ilmentämällä erilaisia kaliumkanava-alaryhmien yhdistelmiä. Lisäksi, koska ne säätelevät ionien liikettä biologisten kalvojen läpi, ne ovat tärkeitä monissa solun säätelyn ja signaalin osissa solutyyppien välillä. Siksi jänniteohjatut kaliumkanavat ovat kohteena laajalle valikoimalle tehokkaita biologisia myrkkyjä eläimistä, kuten käärmeistä, skorpioneista , merivuokoista ja kartioetanoista . Siten myrkyn puhdistaminen johti peptiditoksiinien, kuten dendrotoksiinin, eristämiseen, joista on tullut hyödyllisiä farmakologisia työkaluja kaliumkanavien tutkimiseen. Aktiivisuutensa ja selektiivisyytensä vuoksi eri kaliumkanavan alatyyppejä kohtaan dendrotoksiineista on tullut hyödyllisiä molekyylikoettimina näiden proteiinien rakenteelliseen ja toiminnalliseen analyysiin. Tämä voi auttaa ymmärtämään yksittäisten kanavatyyppien roolit sekä luokittelemaan eri kanavatyypit [7] . Lisäksi radioleimattujen dendrotoksiinien läsnäolo tarjoaa työkalun tutkia muita lähteitä etsiessään uusia kaliumkanaviin vaikuttavia toksiineja, kuten merivuokkoissa esiintyvää kalikludiiniluokkaa . Lopuksi dendrotoksiinin tarjoamat rakenteelliset tiedot voivat antaa vihjeitä sellaisten lääkeyhdisteiden synteesiin, jotka voivat vaikuttaa tiettyihin kaliumkanavien luokkiin.