Symulacje Cryo-EM i MD ujawniają mechanizm, dzięki któremu silna neurotoksyna α-latrotoksyna tworzy przepuszczalne dla wapnia pory błonowe.
Pająk czarnej wdowy jest jednym z najbardziej przerażających pająków gatunek. Jego jad to koktajl siedmiu różnych toksyn atakujących układ nerwowy. Te tak zwane latrotoksyny specyficznie paraliżują owady i skorupiaki. Jednakże jedna z tych toksyn, α-latrotoksyna, jest ukierunkowana szczególnie kręgowce i jest toksyczny dla ludzi. Zakłóca przekazywanie sygnałów nerwowych, co prowadzi do jego szkodliwych skutków.
Gdy tylko α-latrotoksyna zwiąże się ze specyficznymi receptorami synaps – stykami między komórkami nerwowymi lub między komórkami nerwowymi a mięśniami – jony wapnia w niekontrolowany sposób przedostają się do błon presynaptycznych komórek sygnalizacyjnych. To powoduje uwalnianie neuroprzekaźników, wywołując silne skurcze i skurcze mięśni.
Złożoność procesu
Pomimo pozornej prostoty tego procesu, kryje się za nim bardzo złożony mechanizm. Naukowcy z Uniwersytet w Münster (Niemcy) rozszyfrowali obecnie strukturę α-latrotoksyny przed i po wprowadzeniu do błony z rozdzielczością niemal atomową.
Aby lepiej zrozumieć mechanizm napływu wapnia do błony presynaptycznej, eksperci z Centrum Nanonauki Miękkiej Uniwersytetu w Münster, kierowani przez prof. Christosa Gatsogiannisa (Instytut Fizyki Medycznej i Biofizyki) i prof. Andreasa Heuera (Instytut Chemii Fizycznej) ), wykorzystano wysokowydajną mikroskopię krioelektronową (cryo-EM) i symulacje komputerowe dynamiki molekularnej (MD).
Transformacja toksyny
Wykazali, że toksyna ulega niezwykłej przemianie, gdy wiąże się z receptorem. Część toksycznej cząsteczki tworzy łodygę, która przenika przez błonę komórkową jak strzykawka. Cechą szczególną jest to, że łodyga tworzy w błonie mały por, który działa jako kanał wapniowy. Symulacje MD wykazały, że jony wapnia mogą napływać do komórki przez bramkę selektywną umieszczoną po stronie bezpośrednio nad porami.
Dzięki tym wynikom badacze lepiej rozumieją teraz działanie α-latrotoksyny. „Toksyna w bardzo złożony sposób naśladuje funkcję kanałów wapniowych błony presynaptycznej” – wyjaśnia Christos Gatsogiannis. „Różni się zatem pod każdym względem od wszystkich znanych wcześniej toksyn”. Nowe odkrycia otwierają szerokie spektrum potencjalnych zastosowań; latrotoksyny mają znaczny potencjał biotechnologiczny, obejmujący opracowanie ulepszonych odtrutek, metod leczenia paraliżu i nowych biopestycydów.
Wyniki badań właśnie opublikowano w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza. W poprzedniej pracy grupa badawcza kierowana przez Christosa Gatsogiannisa rozszyfrowała już strukturę latrotoksyn specyficznych dla owadów w jadzie pająka czarnej wdowy przed wprowadzeniem ich do błony.
Odniesienie: „Structural base of α-latrotoxin transit to a kation-selective pore” autorstwa BU Klink, A. Alavizargar, KS Kalyankumar, M. Chen, A. Heuer i C. Gatsogiannis, 3 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52635-5
Badanie zostało sfinansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą.
