A dendrotoxinok a mamba kígyók által termelt (és méregükben található) preszinaptikus neurotoxinok csoportja , amelyek blokkolják a feszültségfüggő káliumcsatornák bizonyos altípusait az idegsejtekben , ezáltal fokozzák az acetilkolin felszabadulását a neuromuszkuláris szinapszisokban . A dendrotoxinok nagy hatékonyságuk és a káliumcsatornák iránti szelektivitása miatt rendkívül hasznosnak bizonyultak farmakológiai szerekként ezen ioncsatorna- fehérjék szerkezetének és működésének tanulmányozására .
A dendrotoxinok blokkolják a feszültségfüggő kálium (K + ) csatornák bizonyos altípusait az idegsejtekben. Az idegrendszerben a feszültségfüggő K + csatornák felelősek a membrán repolarizációjáért és szabályozzák az akciós potenciálok időtartamát . A dendrotoxinról kimutatták, hogy kötődik a Ranvier- féle motoros neuronok elfogóinak káliumcsatornáihoz [1] , és blokkolja a káliumcsatornák aktivitását. Így a dendrotoxinok növelik az akciós potenciálok időtartamát, és növelik az acetilkolin felszabadulását a neuromuszkuláris csomópontban, ami izomtúlingerléshez és görcsökhöz vezethet.
A dendrotoxinok ~7 kDa fehérjék, amelyek egyetlen peptidláncból állnak, körülbelül 57-60 aminosavból. Az α-dendrotoxin számos homológját izolálták, mindegyik kissé eltérő szekvenciával. Azonban ezeknek a fehérjéknek a molekuláris felépítése és konformációja nagyon hasonló. A dendrotoxinoknak nagyon rövid, 3 10 hélixük van a peptid N-terminálisa közelében, míg az α-hélix két fordulata a C-terminális közelében található. A molekulaszerkezet központi részét egy kétszálú antiparallel β-lap foglalja el. Ezt a két β-szálat egy torzított β-kanyar régió köti össze [2] , amely feltehetően fontos szerepet játszik a fehérjekötő aktivitásban. Minden dendrotoxin három diszulfidkötéssel térhálósodik , amelyek stabilitást adnak a fehérjének, és nagymértékben meghatározzák annak konformációját. Az ezeket a diszulfidkötéseket alkotó cisztein gyökök a dendrotoxin család minden tagjában azonos elhelyezkedésűek, a C7-C57, C16-C40 és C32-C53 régiókban helyezkednek el (a-dendrotoxinok szerint számozva).
A dendrotoxinok szerkezetileg homológok a szerin proteáz inhibitorokkal (SPI), beleértve az aprotinint is . Kimutatták, hogy az α-dendrotoxin és az ISP szekvenciái 35%-ban azonosak és azonos diszulfidkötésekkel rendelkeznek. A két fehérje szerkezeti homológiája ellenére a dendrotoxinoknak nincs mérhető gátló hatása a koagulációs faktorra, ellentétben az ICP-kkel. Ez az aktivitásvesztés valószínűleg a kulcsfontosságú aminosavgyökök hiányának az eredménye, amelyek olyan szerkezeti különbségeket okoznak, amelyek megakadályozzák az ICP-aktivitáshoz szükséges kulcsfontosságú kölcsönhatásokat.
A dendrotoxinok olyan bázikus fehérjék, amelyek semleges pH -n pozitív töltéssel rendelkeznek . A legtöbb pozitív töltésű aminosav gyök a szerkezet alján található, és a fehérje egyik részében kationos régiót hoz létre. A pozitív töltés a lizin (Lys) és arginin (Arg) gyökökből származik, amelyek három fő helyen koncentrálódnak: az amino-terminális közelében (Arg3, Arg4, Lys5), a C-terminális közelében (Arg54, Arg55) és egy keskeny régiója a β-kanyarnak (Lys28, Lys29, Lys30) [3] . Úgy gondolják, hogy ezek a pozitív töltésű gyökök kritikus szerepet játszhatnak a dendrotoxinok kötőaktivitásában, mivel kölcsönhatásba léphetnek a káliumcsatornák pórusaiban lévő anionos helyekkel (negatív töltésű aminosavakkal).
A dendrotoxin egy molekulája reverzibilisen kötődik a káliumcsatornához, hogy gátló hatást fejtsen ki. Feltételezzük, hogy ezt a kölcsönhatást a dendrotoxin kationos régiójában található pozitív töltésű aminosav gyökök és az ioncsatornák pórusaiban lévő negatív töltésű gyökök közötti elektrosztatikus kölcsönhatások indítják el . A káliumcsatornák, más kation-szelektív csatornákhoz hasonlóan, feltehetően negatív töltések felhőjével rendelkeznek a csatorna pórusbemenete előtt, amely segít a káliumionok elvezetésében a permeációs útvonalon. Általános vélekedés (de nem bizonyított), hogy a dendrotoxin molekulák a csatorna extracelluláris felületének közelében anionos kötésekhez kötődnek, és fizikailag lezárják a pórusokat, ezáltal megakadályozzák az ionvezetést. Imready és McKinnon [4] azonban azt sugallta, hogy a delta-dendrotoxin kötőhelye eltérő lehet a célfehérjéken, és a pórusok fizikai blokkolása helyett szerkezetének megváltoztatásával gátolhatja a csatornát.
Számos tanulmány irányult a dendrotoxinok megcélzott káliumcsatornákon való kötődéséhez szükséges aminosav gyökök meghatározására. Harvey és munkatársai [5] specifikus gyök-célzott módosításokat alkalmaztak az l-dendrotoxin blokkoló aktivitása szempontjából kritikus pozitív töltésű gyökök azonosítására. Beszámoltak arról, hogy a Lys5 acetilezése az amino-terminális közelében és a Lys29 acetilezése a β-forduló régió közelében az l-dendrotoxin kötődési hasonlóság jelentős csökkenését eredményezte. Hasonló eredményeket kaptunk a K-dendrotoxin esetében is, amikor mutagenezist alkalmaztunk a pozitív töltésű lizin és arginin aminosavak neutrális alaninokkal való helyettesítésére . Ezek az eredmények sok mással együtt arra utalnak, hogy a pozitív töltésű lizin gyökök az amino-félben, különösen a Lys5 a 3 10 hélixben , nagyon fontos szerepet játszanak a dendrotoxinnak a megcélzott káliumcsatornákhoz való kötődésében. A β-turnover régióban található lizinmaradékok vegyesebb eredményeket adtak, egyes dendrotoxin homológok esetében biológiailag kritikusnak tűntek, másokban opcionálisnak tűntek. Ezenkívül a teljes lizin trió (K28-K29-K30) Ala-Ala-Gly-vé történő mutációja α-dendrotoxinban nagyon csekély változásokat eredményezett a biológiai aktivitásban.
Általános egyetértés van abban, hogy az aminoterminális közelében lévő konzervált lizin gyök (az α-dendrotoxinban Lys5) kritikus fontosságú az összes dendrotoxin biológiai aktivitása szempontjából, míg a további gyökök, például a β-turnover régióban lévők szerepet játszhatnak a dendrotoxin specifitásában. a dendrotoxint azáltal, hogy az egyes toxinok kölcsönhatásait közvetítik az egyes célterületeiken. Ez nem csak segít megmagyarázni egyes dendrotoxinok erős specifitását a feszültségfüggő K+-csatornák különböző altípusaira , hanem megmagyarázza a dendrotoxinok és a normál K + -csatornák hatékonyságának különbségeit is . Például Wang és más tudósok [6] kimutatták, hogy a K-dendrotoxin és a K V 1.1 közötti kölcsönhatást a benne lévő lizin gyökök biztosítják mind az amino-terminális, mind a β-kanyar régióban, míg az α-dendrotoxin láthatóan kölcsönhatásba lép a K V 1.1-gyel. kizárólag az amino-terminális rovására céloz. Ez a kevésbé kiterjedt interakciós terület segíthet megmagyarázni, hogy az α-dendrotoxin miért kevésbé megkülönböztető, míg a K-dendrotoxin nagyon szelektív a K V 1.1-re.
A gerincesek neuronjainak káliumcsatornáinak számos változata van, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy finomhangolják elektromos jeleik tulajdonságait a káliumcsatorna-alcsoportok különböző kombinációinak megnyilvánulásával. Ezen túlmenően, mivel szabályozzák az ionok mozgását a biológiai membránokon keresztül, fontosak a sejtszabályozás és a sejttípusok közötti jelátvitel számos vonatkozásában. Ezért a feszültségfüggő káliumcsatornák az állatok, például kígyók, skorpiók , tengeri kökörcsin és tobozcsigák hatékony biológiai toxinjainak széles körének célpontjai . Így a méreg tisztítása peptid toxinok, például dendrotoxin izolálásához vezetett, amelyek hasznos farmakológiai eszközökké váltak a káliumcsatornák tanulmányozásában. A dendrotoxinok aktivitásuk és a különböző káliumcsatorna-altípusok iránti szelektivitásaik révén molekuláris próbákká váltak e fehérjék szerkezeti és funkcionális elemzésében. Ez segíthet az egyes csatornatípusok szerepének megértésében, valamint a különböző csatornatípusok osztályozásában [7] . Ezen túlmenően a radioaktívan jelölt dendrotoxinok jelenléte eszközt biztosít más források feltárására a káliumcsatornákra ható új toxinok, például a tengeri kökörcsinekben jelen lévő kalikludin osztály után. Végül a dendrotoxin által szolgáltatott szerkezeti információ támpontokat adhat olyan gyógyszervegyületek szintéziséhez , amelyek hatnak a káliumcsatornák bizonyos osztályaira.