Jad z remipeda morskiego, Xibalbanus tulumensiswykazuje wyjątkowy potencjał medyczny w leczeniu zaburzeń neurologicznych, ukazując znaczenie różnorodności biologicznej morza w badaniach farmakologicznych w obliczu zagrożeń środowiskowych.
Wiele zwierząt używa jadu do samoobrony lub polowań. Składniki jadu, zwane toksynami, wpływają na różnorodne procesy fizjologiczne, co czyni je szczególnie interesującymi z punktu widzenia opracowywania nowych środków farmakologicznych. Chociaż jady niektórych grup zwierząt, takich jak węże, pająki, skorpiony i owady, były szeroko badane, jad grup zwierząt morskich pozostaje w dużej mierze niezbadany. Dane dotyczące jadów morskich są ograniczone do indywidualnych przypadków gatunekco oznacza, że w tej grupie istnieje znaczny, niewykorzystany potencjał.
Odkrycie jadowitych skorupiaków
Kilka lat temu badacze odkryli jadowite skorupiaki, czyli reminogi, które przypominają stonogi i żyją w morskich, podwodnych jaskiniach. Multidyscyplinarny zespół kierowany przez dr Björna von Reumonta, który jako pierwszy opisał układ jadowy u remipedów w 2014 r., a obecnie jest gościnnym badaczem na Uniwersytecie Goethego we Frankfurcie, scharakteryzował obecnie grupę toksyn z Xibalbanus tulumensis remiped.
W tym celu Reumont stworzył zespół składający się z partnerów współpracujących z Instytutu Medycyny Translacyjnej Fraunhofera (ITMP) w ramach Centrum LOEWE ds. Translacyjnej Różnorodności Biologicznej, a także kolegów z Uniwersytetu w Leuven, Kolonii, Berlina i Monachium – wszystkie są również częścią Europejskiej Sieci Venom (akcja COST EUVEN).
Siła i potencjał toksyn Remipede
The Xibalbanus tulumensis remipede żyje w cenotach, czyli podwodnych systemach jaskiń na meksykańskim półwyspie Jukatan. Mieszkaniec jaskini wstrzykuje jad wytwarzany w gruczole jadowym bezpośrednio swojej ofierze. Toksyna ta zawiera różnorodne składniki, w tym nowy typ peptydu, nazwany xibalbiną, na cześć jej producenta skorupiaków. Niektóre z tych xibalbin zawierają charakterystyczny element strukturalny podobny do innych toksyn, szczególnie tych wytwarzanych przez pająki: kilka aminokwasy (cysteiny) peptydu są ze sobą związane w taki sposób, że tworzą strukturę przypominającą węzeł. To z kolei sprawia, że peptydy są odporne na enzymy, ciepło i ekstremalne wartości pH. Takie knottyny często działają jak neurotoksyny, oddziałując z kanałami jonowymi i paraliżując ofiarę – efekt ten zaproponowano również w przypadku niektórych xibalbin.
Z badania wynika, że wszystkie peptydy xibalbiny testowane przez doktorantów partnerów współpracy – a w szczególności Xib1Xib2i Xib13 – skutecznie hamują kanały potasowe w układach ssaków. „To hamowanie jest niezwykle ważne, jeśli chodzi o opracowywanie leków na szereg chorób neurologicznych, w tym epilepsję” – mówi von Reumont. Xib1 i Xiba13 wykazują również zdolność do hamowania kanałów sodowych bramkowanych napięciem, takich jak te występujące w komórkach nerwowych lub mięśniu sercowym. Ponadto w neuronach czuciowych ssaków wyższych te dwa peptydy mogą aktywować dwa białka – kinazy PKA-II i ERK1/2 – zaangażowane w przekazywanie sygnału. To ostatnie sugeruje, że biorą one udział w uwrażliwianiu na ból, co otwiera nowe podejścia w terapii bólu.
Ochrona i potencjał kliniczny
Chociaż bioaktywność xibalbin jest przykładem niewykorzystanego potencjału morskiej różnorodności biologicznej, wytwarzanie leków z jadów zwierzęcych jest procesem złożonym i czasochłonnym. „Znalezienie odpowiednich kandydatów i kompleksowe scharakteryzowanie ich działania, a tym samym położenie podwalin pod bezpieczne i skuteczne leki, jest dziś możliwe tylko w dużym interdyscyplinarnym zespole, tak jak w przypadku naszego badania” – mówi von Reumont.
Sprawę komplikuje fakt, że dla remipedów najważniejszy jest czas. Ich siedlisko jest poważnie zagrożone ze względu na budowę międzymiastowej sieci kolejowej Tren Maya, która przecina półwysep Jukatan. „Cenoty to bardzo wrażliwy ekosystem” – wyjaśnia von Reumont, który jako doświadczony nurek jaskiniowy zebrał remipedy na Jukatanie podczas kilku wypraw nurkowych jaskiniowych. „Nasze badanie podkreśla znaczenie ochrony różnorodności biologicznej nie tylko ze względu na jej znaczenie ekologiczne, ale także ze względu na potencjalne substancje, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla nas, ludzi”.
Odniesienie: „Różno wyewoluowane warianty xibalbiny z jadu remipede hamują kanały potasowe i aktywują sygnalizację PKA-II i Erk1/2” Ernesto Lopes Pinheiro-Junior, Ehsan Alirahimi, Steve Peigneur, Jörg Isensee, Susanne Schiffmann, Pelin Erkoc, Robert Fürst, Andreas Vilcinskas, Tobias Sennoner, Ivan Koludarov, Benjamin-Florian Hempel, Jan Tytgat, Tim Hucho i Björn M. von Reumont, 29 lipca 2024 r., Biologia BMC.
DOI: 10.1186/s12915-024-01955-5
