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| デルタアトラコトキシン | |||||||||
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 デルタアトラコトキシン-Ar1（ロブストキシン）の3Dスティックモデル | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| シンボル | アトラコトキシン | ||||||||
| パム | PF05353 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1qdp / スコープ / SUPFAM | ||||||||
| OPMスーパーファミリー | 112 | ||||||||
| OPMタンパク質 | 1vtx | ||||||||
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デルタアトラコトキシン（δ-ACTX-Ar1、ロブストキシン、またはロブストトキシン）は、シドニージョウゴグモ（Atrax robustus ）の毒液に含まれる低分子量の 神経毒性 ポリペプチドです。
デルタアトラコトキシンは、自律神経と運動ニューロンのナトリウムイオンチャネルの不活性化を遅らせることで、霊長類に致命的な神経毒性症状を引き起こす可能性があります。クモの餌食である昆虫では、毒素はカルシウムイオンチャネルに対して同様の作用を発揮します。[1]
アトラコトキシンの構造は、シスチンノット モチーフを持つコアβ領域で構成されており、これは他の神経毒性ポリペプチドにも見られる特徴である。[1] [2]
歴史
1927年以来、シドニージョウゴグモによる人間の毒殺の記録が残されており、1927年から抗毒素が利用可能になった1981年までの間に14人の死亡が医学文献で報告されている。クモの性別が判明したすべてのケースで、死亡はオスのクモに噛まれた後に発生した。[3]
構造
デルタアトラコトキシンは、化学式C 206 H 313 N 59 O 59 S 9の42残基ペプチド毒素です。[4]デルタアトラコトキシンのアミノ酸配列は、位置14〜16に3つの連続したシステイン残基を含むという点で珍しいものです。デルタアトラコトキシンのアミノ酸配列は次のとおりです。
- CAKKRNWCGK NEDCCCPMKC IYAWYNQQGS CQTTITGLFK KC
システイン架橋は、Cys1 と Cys15、Cys8 と Cys20、Cys14 と Cys31、Cys16 と Cys42 の間に存在します。
この構造は、ジスルフィド ノットによって安定化された小さな三本鎖のβ シートと、それに続く 3 つの典型的なまたは逆の y ターンからなる C 末端延長部から構成されます。ジスルフィド ノットは、2 つのジスルフィド結合 (1-15 と 8-20) と、3 つ目のジスルフィド結合(14-31) が通過する接続バックボーンからなるリングです。シート間水素結合に基づいて定義される β シートは、残基 6-8 (ストランド I)、19-21 (ストランド II)、および 29-32 (ストランド III) から構成され、トポロジーは +2x、-1 です。ストランド I と III の間の 2 つの水素結合 (そのうちの 1 つのアミドには、ゆっくり交換されるアミド プロトンがあります) は歪んでいます (NH から CO までの距離は 2.5 から 3.0 A)。ストランド II と III の間には 4 つの水素結合があり (すべて対応するゆっくりと交換するアミドプロトンを持つ)、ほとんどの構造に 3 つ、半数の構造に 1 つ存在します。構造にはいくつかの鎖反転が含まれています。最初の反転は明確に定義されておらず、タイプ II β ターン (Lys3-Asn6) または Arg5 を中心とした y ターンのいずれかです。鎖反転 II は Gly9 を中心とした y ターンです。鎖反転 III は明確に定義されておらず、タイプ I β ターン (Asnn-Cys14) または Asn11 を中心とした逆 y ターンのいずれかです。鎖反転 IV (Cys15-Met18) は水素結合によって安定化されていませんが、Cys16 と Pro17 の間にシスペプチド結合があり、タイプ Via ターンに似ています。5 番目の鎖反転は残基 22～28 の領域で発生し、i2 ループの基準を満たしています。 Cys16-Cys42 ジスルフィド結合によって安定化された C 末端延長部は、3 つの y ターン VI-VIII で構成され、それぞれ Thr33 を中心とした逆ターン、Ile35 を中心としたクラシックターン、および Phe39 を中心とした逆ターンです。3 つの y ターン水素結合はすべて、ゆっくりと交換するアミドプロトンを持っています (ただし、他のターンはそうではありません)。二次構造要素のコンセンサス水素結合によって説明されない、ゆっくりと交換するアミドプロトンは、Gly37 のプロトンだけです (これは、構造の 1 つで Thr34 と水素結合します)。Cys1-Cys15 および Cys8-Cys20 ジスルフィド結合の配座は明確に定義されており、それぞれ負と正の Xss を持っています。他の 2 つの結合は、より低次のパラメーターを持っています。 RBXの疎水性コアは限定されており、基本的にジスルフィドノットシステイン残基と埋め込まれたMet18で構成されています。22-28ループには、1つの非極性残基Ala23と3つの芳香族残基Tyr22、Trp24、Tyr25が含まれ、N末端にはIle21が隣接しています。そしてTrp7はC末端付近にあるため、この領域は分子上の重要な非極性表面を表す。RBXは高度に正に帯電しており、1つのArg（配列位置5）と6つのLys（3、4、10、19、40、41）残基があり、Glu12とAsp13のみがバランスをとっている。これらの荷電残基は表面に3つのパッチを形成する。パッチAは正に帯電した残基3、4、5、パッチBは残基10、12、13とN末端（Lys10とGlu12、Asp13とN末端の間の塩橋の可能性を含む）、パッチCは残基19、40、41とC末端で構成される。[2]
作用機序
デルタアトラコトキシンは、ジョウゴグモの毒注入後に見られる、致命的となる可能性のある毒注入症候群の原因です。d-アトラコトキシンは、活動電位の自発的で反復的な発火と延長を引き起こし、その結果、体性神経と自律神経の終末からアセチルコリン神経伝達物質が継続的に放出されます。これにより、電位依存性ナトリウムチャネルの不活性化が遅くなり、活性化の電位依存性が過分極化します。この作用は、サソリのα-毒素やイソギンチャクの毒素と類似しているが同一ではない方法で、神経毒受容体部位3に電位依存性に結合するためです。イソギンチャクとサソリの毒素では、荷電側鎖（特に陽イオン性）と疎水性側鎖の組み合わせが、ナトリウムチャネルの受容体部位（部位3）に結合するために重要です。したがって、デルタアトラコトキシンとベルストキシン（デルタアトラコトキシンの近縁種）にも同じことが当てはまることは驚くに当たらない。デルタアトラコトキシンは、表面に3つの異なる荷電パッチと、22-28ループを中心とした非極性領域を示す。これらの構造的特徴は両方とも、電位依存性ナトリウムチャネルへの結合に役割を果たしている可能性があるが、どの残基がナトリウムチャネルとの相互作用に重要であるかを定義し、その結合部位の妥当なモデルを構築するためのさらなる研究が必要である。[2]
合成
合成毒素が利用できるようになったことで、科学者は毒素の生物学的活性をさらに調査できるようになり、d-ACTX-Ar1a が活動電位の反復発火と延長を引き起こすことが観察されました。これらの作用は、毒に侵された後に見られる臨床症状の根底にあり、この強力な神経毒が電位依存性ナトリウムチャネルに及ぼす作用の分子的基礎の理解にさらに貢献しています。
背根神経節 (DRG) ニューロンの電圧クランプ条件下では、合成毒素がナトリウム電流に与える影響は、天然毒素について以前に報告されたものと有意に異なるものではないことがわかった。天然および合成 d-ACTX-Ar1a はどちらも TTX 耐性ナトリウム電流には影響を与えなかったが、どちらも神経毒受容体サイト 3 への作用と一致して、TTX 感受性ナトリウム電流の強力な選択的調節を及ぼした。これには、ナトリウム チャネル不活性化の遅延、活性化の電圧依存性の過分極シフト、および定常ナトリウム チャネル不活性化の過分極シフトが含まれる。
d-ACTX-Ar1a は、自発的な反復発火を伴う活動電位持続時間の延長を引き起こすが、静止膜電位を脱分極させない。嘔吐、多量の発汗、流涎、流涙、著しい高血圧とそれに続く低血圧を含む自律神経系への影響、および筋肉のけいれんおよび呼吸困難 (息切れ) を引き起こす体神経系への影響は、おそらく伝達物質の過剰放出によるものと考えられる。d-ACTX-Ar1a のナトリウムチャネル結合表面を特定するには、科学者は選択された残基の変更を伴う類似体を合成する必要がある。研究は、ナトリウムチャネル上の神経毒受容体部位であるサイト 3 のより詳細なマッピングに貢献し、この毒素および関連するアトラコトキシンの門特異的な作用を決定するために重要な構造活性データを提供する。[2] [5] [6]
毒性
クモの毒の毒性はクモの性別によって左右される。最小致死量測定に基づくと、オスのジョウゴグモの毒はメスの 6 倍強力であると思われる。さらに、動物の種類によって毒に対する反応は異なる傾向がある。たとえば、ネズミ、ウサギ、猫はメスのジョウゴグモに噛まれても影響を受けないが、マウスとモルモットの 20 % はメスに噛まれると致命的となる。しかし、オスのジョウゴグモに噛まれると、ほぼすべてのマウスとモルモットが死亡する。オスのクモの毒の方が強力であると思われるが、オスのクモに噛まれると、犬や猫に軽い一時的な影響が生じる。人間を含むほとんどの霊長類は、ジョウゴグモの毒に非常に敏感であると思われる。[7]
オスのクモの粗毒のマウスに対するLD50は11.3 mg/kgであることが判明しました。メスのクモの毒は80 mg/kgであることが判明しました。オスのクモから分離された純粋なデルタアトラコトキシンのLD50値は、生後2日未満のマウスでテストしたところ0.16 mg/kgでした。[8]
兆候と症状
シドニージョウゴグモに噛まれると、最初は大きな牙と酸性の毒液のせいで痛みを伴います。すぐに治療しないと、噛まれてから10分後に症状が現れることがあります。[3]高血圧が起こる可能性があり、その後に長時間の低血圧と循環不全が続くことがよくあります。その他の症状には、呼吸困難、最終的には呼吸不全、全身の骨格筋の線維束性収縮、流涎、流涙、発汗、吐き気、嘔吐、下痢、肺水腫、痛み などがあります。
毒の注入の進行は霊長類で詳しく研究されており、その症状は人間の症状と非常によく似ています。毒に注入されてから最初の 25 分で呼吸障害が起こり、徐々に悪化します。人工呼吸器を必要とするサルもいました。最初は血圧が低下しましたが、その後急速に上昇し、その後血圧は徐々に低下しました。40～100 分後には重度の低血圧が起こりました。6～15 分後には流涙が始まり、続いて流涎が起こりました。これらの症状は、毒に注入されてから 15～35 分後に最も重篤でした。骨格筋の線維束性収縮は 8～10 分後に始まり、20～45 分の間にピークに達しました。体温の上昇を伴いました。
雄の毒による中毒でも症状はほとんど同じだが、症状の発現は少し遅れる。雌の毒による中毒でも同じ症状が出るが、症状ははるかに軽い。[9]
抗毒素
この抗毒素は、メルボルンの連邦血清研究所のストラアン・サザーランド率いるチームによって開発された。1981年に抗毒素が利用可能になって以来、シドニーのジョウゴグモに噛まれて死亡したという記録はない。2012年9月、抗毒素の在庫が少なくなっていると報じられ、一般の人々は毒を搾るためにクモを捕まえるよう求められた。[10]クモの毒は、優しく牙をなでて致命的な毒の小さな滴を集めることによって採取される。この毒は抗毒素の製造に必要であり、1回の抗毒素投与にはクモから約70回の搾乳が必要である。
ジョウゴグモ抗毒素は、オスのジョウゴグモ ( Atrax robustus ) の毒で免疫されたウサギの血漿から調製されます。製品の各バイアルには、ジョウゴグモ毒 1.25 mg を中和するように標準化された抗毒素 125 単位が含まれています。製品には、グリシンおよびその他のウサギ血漿タンパク質も含まれています。
ジョウゴグモ抗毒素は、ウサギの血漿から抽出した精製免疫グロブリン（主に免疫グロブリンG）で、ジョウゴグモ（Atrax robustus ）の毒液に含まれる毒性物質に対する特異的抗体が含まれています。この抗毒素は、 Hadronyche属（旧Atrax ）の他のジョウゴグモに噛まれた患者の治療に効果があるという証拠があります。[11]
参照
参考文献
- ^ ab Fletcher JI、Chapman BE、Mackay JP、Howden ME、King GF (1997 年 11 月)。「ベルストキシン (デルタアトラコトキシン Hv1) の構造は、サイト 3 神経毒の電位依存性ナトリウムチャネルへの結合に関する知見を提供する」。構造。5 ( 11 ): 1525–35。doi : 10.1016/S0969-2126(97) 00301-8。PMID 9384567 。
- ^ abcd Pallaghy PK、Alewood D、Alewood PF、 Norton RS（1997年12月）。「漏斗型クモAtrax robustusの致死神経毒であるロブストキシンの溶液構造」。FEBS Letters。419（2–3）：191–6。doi ：10.1016/S0014-5793（97）01452-X。PMID 9428632 。
- ^ ab Nicholson GM 、 Graudins A (2002 年 9 月)。「アジア太平洋地域における医学的に重要なクモ: アトラコトキシン、ラトロトキシンおよび関連するクモ神経毒」。臨床および実験薬理学と生理学。29 (9): 785–94。doi :10.1046/ j.1440-1681.2002.03741.x。PMID 12165044 。
- ^ PubChem. 「ロブストキシン」. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . 2020年3月26日閲覧。
- ^ Nicholson GM、Little MJ、Birinyi-Strachan LC (2004 年 4 月)。「デルタアトラコトキシンの構造と機能: 電位依存性ナトリウムチャネルを標的とする致死性神経毒」。Toxicon . 43 ( 5): 587–99. doi :10.1016/j.toxicon.2004.02.006. hdl : 10453/4628 . PMID 15066415。
- ^ Alewood D、Birinyi-Strachan LC、Pallaghy PK、Norton RS、Nicholson GM、Alewood PF (2003 年 11 月)。「シドニージョウゴグモ (Atrax robustus) の毒液から抽出した致死性神経毒、デルタアトラコトキシン Ar1a の合成と特性評価」。生化学。42 ( 44 ): 12933–40。doi :10.1021/bi030091n。PMID 14596608 。
- ^ Gupta RC (2012).獣医毒性学の基礎と臨床原理（第2版）アムステルダム：エルゼビア。ISBN 978-0-12-385927-3。
- ^ Sheumack DD、Baldo BA、Carroll PR、Hampson F、Howden ME、Skorulis A (1984)。「ジョウゴグモ（Atrax）毒の特性と毒性成分の比較研究」。比較生化学および生理学。C、比較薬理学および毒性学。78 （ 1）：55–68。doi ：10.1016/0742-8413（84）90048-3。PMID 6146485 。
- ^ Mylecharane EJ、Spence I、Sheumack DD 、 Claassens R、Howden ME (1989)。「麻酔をかけたサルにおける、オスの漏斗型クモ (Atrax robustus) の毒に含まれる神経毒性ポリペプチドであるロブストキシンの作用」。Toxicon。27 ( 4 ) : 481–92。doi :10.1016/0041-0101(89)90211-0。PMID 2728033 。
- ^ 「ファンネルウェブスパイダーを捕まえるよう国民に要請」9 News Australia . 2020年5月20日閲覧。
- ^ 「Funnel web spider antivenom – 製品情報」(PDF)。CSL Limited。2013年4月21日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
外部リンク
- 毒液注入の病態生理学 - 毒液デルタアトラコトキシンの影響、Medscape Referenceより