ラトロトキシン

ラトロトキシンは、ラトロデクトゥス属（ゴケグモ）のクモの毒液に含まれる高分子量の 神経毒であり、同科の別の属であるステアトダ・ノビリスの少なくとも1種の毒液にも含まれています。^{[1]ラトロトキシンは毒液の主な有効成分であり、}ラトロデクトゥス中毒の症状の原因です。

これまでに報告されているラトロトキシンには、α、β、γ、δ、ε-ラトロインセクトトキシンと呼ばれる5種類の殺虫毒素、脊椎動物特異的神経毒素であるα-ラトロトキシン、および甲殻類に影響を与える毒素であるα-ラトロクラストキシンがある。^[2]

最も研究されているラトロトキシンはα-ラトロトキシンであり、シナプス前部に作用して感覚ニューロンと運動ニューロンから神経伝達物質（アセチルコリンを含む）を放出するほか、内分泌細胞にも作用してインスリンを放出する（例えばインスリンを放出する）^[3] 。これは約130 kDaのタンパク質で、主に二量体または四量体の形で存在する。

α-ラトロトキシン（α-LTX ）は、ラトロデクトゥス属のゴケグモに自然に存在する。これらのクモの中で最もよく知られているのは、クロゴケグモ、ラトロデクトゥス・マクタンスである。^{[4]ゴケグモ（}ラトロデクトゥス）の毒には、ラトロトキシンと呼ばれるいくつかのタンパク質毒素が含まれており、脊椎動物、昆虫、甲殻類を選択的に標的とする。これらの毒素の1つがα-ラトロトキシンは、脊椎動物を選択的に標的とし、昆虫や甲殻類には効果がない。α-LTXは、脊椎動物の神経細胞と内分泌細胞に特異的な受容体に対して高い親和性を有する。^[5]

α-LTXのDNA配列が転写・翻訳されると、α-LTXの不活性な前駆分子（156.9 kDa）が形成される。この前駆分子は翻訳後処理を受け、最終的に活性なα-LTXタンパク質（131.5 kDa）が形成される。^[6]

α-LTX前駆体分子のN末端には、塩基性アミノ酸のクラスターで終わる短い親水性配列が先行している。これらのクラスターはタンパク質分解酵素（フーリン様プロテアーゼ）によって認識され、加水分解によってα-LTX前駆体分子を切断して活性化する。C末端もこれらのフーリン様プロテアーゼによって認識され、切断される。^[6]

α-LTX 前駆体分子は細胞質内の遊離リボソームによって合成されるため、毒腺の分泌上皮細胞では細胞質内に存在する。 ^{[6] [7]}ただし、分泌顆粒の腔内に取り込まれなくても、分泌顆粒と結合することができる。細胞質の α-LTX 前駆体分子は、細胞から分泌液によって放出され、クモの毒腺に到達する。この腺には、前駆体 α-LTX 分子の切断に関与するいくつかのプロテアーゼが含まれている。^[8]

α-LTXタンパク質の三次構造は、N末端ウィング（36 kDa）^[7] 、本体（76 kDa）^[7]、C末端ヘッド（18.5 kDa）^[7]の3つの部分に分けられます。タンパク質間相互作用を媒介するC末端アンキリンリピートにより、α-LTXモノマーは通常の条件下では別のα-LTXモノマーと二量体を形成します。^[8]四量体形成により毒性が活性化されます。^[7]

α-LTX は運動神経終末と内分泌細胞に影響を及ぼします。主要な酵素活性は関連していません。^[7]代わりに、毒素は脂質膜に孔を形成し、Ca ²⁺イオンの流れを誘発します。中毒による影響の発現は、サブナノモル濃度レベルであっても、1～10 分の遅延期間で発生する可能性があります。ナノモル濃度では、神経伝達物質の放出が急増します。爆発後、定常放出の期間が長くなります。^{[7] [9]}

神経毒によって最初は小さな終板 活動電位の刺激が誘発されるが、その後、神経伝達は神経筋接合部でブロックされる。これはシナプス小胞の内容物の枯渇によるものである。^[10]

四量体の α-LTX は神経膜上の受容体 (ニューレキシンおよびラトロフィリン) と相互作用し、膜への α-LTX の挿入を引き起こします。

テトラマーが細胞膜に挿入されると、2 つの作用機序が起こります。1 つ目は、挿入によって孔が形成され、場合によっては他の効果が生じること、2 つ目は受容体が活性化され、細胞内シグナル伝達につながることです。^[8]テトラマーの 4 つの頭部は、孔を囲むボウルを形成し、孔はある時点で 10 Å に制限されます。^[7]ミリモル濃度の Ca ²⁺および Mg ^{2+ は}テトラマー形成を強力に触媒するため、テトラメトリック状態は二価カチオン依存性であり、EDTA は二量体の形成を促進することが示唆されます。研究では、100 μM を超えるLa ^{3+濃度もテトラマー化を阻害することが示されています。 [7]}純粋な脂質膜でも孔形成が起こりますが、再構成された受容体は孔形成を大幅に増加させます。^[7]また、システイン残基の代わりにセリンを含む変異体は毒性を誘発しなかったことから、3つの高度に保存されたシステイン残基がα-LTX受容体の結合に関与していることもわかっています。^[7] N末端ドメインは適切に折り畳まれる必要があり、ジスルフィド結合が機能している必要があります。α-LTX毒素は、小さなタンパク質、LMWPまたはラトロデクチンによって結合されます。ラトロデクチンが利用できない場合、脂質二重層での孔形成は不可能であることが観察されています。ラトロデクチンはα-LTXの毒性には影響しません。^[7]

α-LTX によって膜に形成された孔は Ca ^{2+を透過するため、細胞内への Ca 2+}の流入が可能になる。興奮性細胞へのこの流入は、直接的かつ効率的にエキソサイトーシスを刺激する。陽イオンの流入は孔の量に比例し、したがって細胞膜上に発現する関与する受容体の量に比例する。また、Ca ^{2+ は}テトラマーの形成を強力に促進するため、孔の形成も促進する。この孔は神経伝達物質も透過するため、細胞質内の神経伝達物質プールの大量の漏出を引き起こす。^[8]

^{Ca 2+}の流入に加えて、チャネルはあまり選択的ではなく、 Na ⁺、 K ⁺、 Ba ²⁺、 Sr ²⁺、 Mg ²⁺、 Li ⁺、 Cs ⁺も膜を通過できます。 細孔はほとんどの場合開いており、開く確率は0.8です。 Yb ³⁺、 Gd ³⁺、 Y ³⁺、 La ³⁺、 Al ³⁺などのほとんどの三価カチオンは、50〜100 μMでチャネルをブロックします。^[7]

この孔は陽イオンだけでなく水も透過するため、神経末端の腫れを引き起こします。さらに、神経伝達物質や ATP などの小分子が α-LTX 孔を通過するため、膜電位の乱れが生じます。

膜貫通

α-ラトロトキシンの四量体孔形成は決定的に実証されているが^{[引用が必要]}、一部の研究者はこれが α-ラトロトキシンの主な作用機序であるかどうかについて依然として異論を唱えており、α-ラトロトキシン (四量体であろうとなかろうと) は標的細胞の膜を貫通して細胞内神経伝達物質放出機構と直接相互作用する可能性があると考えている。^{[引用が必要]}

受容体を介した効果については、次のメカニズムが示唆されています。α-ラトロトキシンの受容体は 3 つ説明されています。

• ニューレキシン
• ラトロフィリン（別名 CIRL、ラトロフィリンのカルシウム非依存性受容体）
• タンパク質チロシンホスファターゼシグマ（PTPσ）。

この毒素は受容体を刺激するが、おそらくラトロフィリンである。これはGαq/11にリンクしたGタンパク質共役受容体である。Gαq/11の下流エフェクターはホスホリパーゼC（PLC）である。活性化されたPLCはIP3の細胞質濃度を上昇させ、今度は細胞内貯蔵庫からのCa ²⁺の放出を誘導する。この細胞質Ca ²⁺の上昇は、放出の確率と自発的エキソサイトーシスの速度を上昇させる可能性がある。^[8]ラトロフィリンとα-LTXは、タンパク質キナーゼC（PKC）の活性化を誘導することができる。PKCはSNAREタンパク質のリン酸化を担う。したがって、ラトロフィリンとα-LTXは輸送小胞のエキソサイトーシス効果を誘導する。正確なメカニズムは解明されていない。^[11]

シグナリング

α-ラトロトキシン孔形成の主な効果に加え、α-ラトロトキシンの他の効果はラトロフィリンとの相互作用および細胞内シグナル伝達によって媒介される（シグナル伝達を参照）。^[要出典]

天然に存在するα-LTX二量体は、毒性を持つためには四量体を形成する必要がある。四量体化は、二価カチオン（Ca ²⁺やMg ²⁺など）または両親媒性分子が存在する場合にのみ起こる。この四量体を形成する4つのモノマーは、中心軸の周りに対称的に配置され、直径250Å、厚さ100Åの4枚羽根のプロペラに似ている。ヘッドドメインは、ボディドメインによってまとめられ、取り囲まれたコンパクトな中央の塊を形成する。翼は、四量体の軸に対して垂直に立っている。この形状のため、四量体には中央の塊に洋ナシ形のチャネルが含まれている。このチャネルの直径は、下端では25Åで、その後36Åに広がり、上部では10Åに狭まっている。^{[7] [8]}

テトラマーの基部（翼の下）は 45 Å の深さで疎水性であり、細胞膜への挿入を媒介する。また、テトラマーの挿入は、膜上の特定の受容体（主にニューレキシン Iα とラトロフィリン、少量では PTPσ）が存在する場合にのみ可能である。ニューレキシン Iα は Ca ^{2+の存在下でのみ挿入を媒介するが、ラトロフィリンと PTPσ は Ca 2+}がなくても挿入を媒介できる。^[8]そのため、チャネルと細胞膜への挿入により、タンパク質はチャネルを通過できる物質に対して細胞をより透過可能にする。これらの物質は、一価および二価の陽イオン、神経伝達物質、蛍光色素、および ATP である。^[8]

マウスにおけるα-LTXの半数致死量（LD50）は体重1kgあたり20～40μgである。^[8]

様々な種に対するラトロデクトゥス毒のLD50 （mg/kg）：カエル＝145、クロウタドリ＝5.9、カナリア＝4.7、ゴキブリ＝2.7、ヒヨコ＝2.1、ネズミ＝0.9、イエバエ＝0.6、ハト＝0.4、モルモット＝0.1。^[12]

αLTXは、伝達物質放出の小胞輸送仮説の確認、小胞エキソサイトーシスにおけるCa2 ⁺の必要性の確立、中枢神経系における個々の伝達物質放出部位の特徴づけに役立っています。また、重要な神経細胞表面受容体の2つのファミリーの特定にも役立っています。^[8]

αLTXの変異型はαLTXN4Cと呼ばれ、孔を形成しないが、研究に貢献している。これは、αLTXによって刺激される細胞内シグナル伝達機構を解明するアプローチに役立った。変異毒素は、毒素受容体伝達経路に関与する細胞内Ca ²⁺ストアの性質と特性、および誘発シナプス後電位への影響を研究するためにも使用できる。変異毒素は、αLTXの内因性機能を解明するための手段にもなり得る。^[8]

ゴケグモの自然の獲物は昆虫であり、その毒液にはいくつかの昆虫毒が含まれている。ラトロ昆虫毒は同様の構造を持っていると思われる。^[13]

地中海のクロゴケグモ（L. tredecimguttatus ）から分離された高分子タンパク質には、昆虫特異的神経毒α-ラトロインセクトトキシンとδ-ラトロインセクトトキシン、甲殻類に影響を与える神経毒ラトロクラスタトキシン、アンジオテンシン1変換酵素を阻害する小さなペプチドなどが含まれています。^[2]

上述の高分子量のラトロトキシンとは別に、ラトロデクトゥス毒には低分子量タンパク質も含まれており^[14]、その機能はまだ十分に解明されていないが、ラトロトキシンの膜挿入を促進することに関与している可能性がある^{[15] 。}