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
ＰＤＢ	1AE7
ユニプロット	P00608
検索する 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、神経毒性のホスホリパーゼ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]

ノテキシンという名前は、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しています。^[3]したがって、ノテキシンという名前は、属名Notechisと毒素という言葉を組み合わせたものです。タイガースネークは1861年にウィルヘルム・ピータースによって初めて記述されました。^[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ました。^{[3] [5]}これにより、ノテキシンの研究がさらに進みました。^{[5] [6]}

ノテキシンは単一分子で構成されています。この分子は7つのジスルフィド結合で架橋された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を決定し、ノテキシンは格子定数a = b = 74.6 Å、c = 49.0 Å、β= 120⁰のP3121またはP3221空間群に属するという結論に至った。このデータは2.0 Åの分解能で得られ、R係数は16.5%であった。^[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]ノテックシンの結晶構造が比較的よく定義されていることを示している。

ノテキシンの超分子構造は、他の PLA ₂のものと非常によく似ています。ノテキシンと多くの PLA ₂はどちらも、二次構造に 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含んでいます。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使用できます。ノテキシンは、主鎖の長さと 69 番目のアミノ酸残基の立体配座が異なるため、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 が含まれています。この残基は、ノテキシンにも存在する Asp-99 残基のカルボキシレート酸素と密接に接触しています。^[8]ほとんどの PLA ₂では、活性部位の壁は疎水性残基で覆われています。水の酸素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の正に帯電した NH グループによって固定され、安定化される可能性があります。^[10]

ノテキシンは、ラットの血流に入ると一般的に致命的である。この致命的効果は、呼吸筋の神経筋接合部を介した伝達のシナプス前遮断の結果であり、窒息を引き起こす。また、静脈注射すると筋毒性効果を示すことも示されている。^[8]筋毒性効果は、一般的に筋肉壊死を伴う。^[11]

^{ノテキシンのこの筋毒性は、ノテキシンが筋線維鞘に結合して過収縮を引き起こし、過収縮部位}間の膜が破裂して筋壊死を引き起こす結果であると提案されました（Dixon et al., 1996）[12]。 ^[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、影響を受けた神経末端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、完全に停止させます。このアセチルコリンは通常、活動電位を引き起こし、それによって筋肉の収縮を引き起こします。このアセチルコリン放出の減少は、シナプス小胞のリサイクル障害によって引き起こされ、影響を受けた組織でシナプス小胞の含有量が減少し、異常に大きな小胞が観察されたことが分かりました。その後、神経末端が縮小し、これらの末端の小胞の量が減少しました。^[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や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には膜損傷効果があり、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、細胞外培地からのCa ²⁺の流入を引き起こす。筋細胞では、Ca ²⁺の流入により筋原線維の過収縮が起こり、細胞膜に機械的損傷を引き起こす可能性がある。^{[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Ca ²⁺濃度が高いと、Ca ²⁺依存性プロテアーゼであるカルパイン^[15]と内因性Ca ²⁺依存性ホスホリパーゼA ₂が活性化される。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Ca} ²⁺の流入につながる。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+ 流入の結果としての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を阻害することを示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+ 流入もミトコンドリア機能の低下とカルパインおよび内因性 Ca ²⁺依存性 PLA ₂の活性化につながる。これにより、筋細胞と同じ構造的損傷が引き起こされる。^[13]

実験的研究では、ノテキシンがマウスに対して腎毒性作用を持つことも示されました。研究^[18]では、投与量に応じて、24時間以内に腎尿細管と糸球体の損傷が起こることが示されました。

ノテキシンの代謝についてはあまり知られていない。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実行することが示された。^[20]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も示されている。これらの異なるアイソフォームは、異なる地理的場所にいるヘビに発生する。^[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。

ノテキシンは咬まれた部位に痛みを引き起こし、その後、唾液の過剰分泌、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、けいれんなども起こる可能性があります。^{[22] [23]}

ノテキシンの人間への反応に関する研究は行われていないが、毒素を注射すると筋肉の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1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効果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、すべての筋繊維が破壊される。^[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日で繊維が完全に破壊され、機能能力が失われた。10日後には、筋肉は完全に再生繊維で構成されていた。^[26]

市販されているノテキシン抗毒素はない。効く可能性のある一般的なタイガースネーク抗毒素が2種類ある。 ^[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ない。