칼시셉틴

Calciseptine
칼시셉틴
3D model of calciseptine structure.png
호몰로그 FS2의 NMR 구조에 근거한 칼시셉틴의 3D 구조의 모델(PDB: 1TFS).디술피드 브릿지는 노란색으로 표시됩니다.FS2와 칼시셉틴이 다른 세 가지 잔류물은 빨간색으로 표시되어 있다.
식별자
유기체덴드로아스피스폴리레피스
기호.CaaS
유니프로트P22947

칼시셉틴(CaaS)은 검은 맘바 덴드로아스피스 p. 폴리레피스 독에서 분리된 천연 신경독입니다.이 독소는 4개의 디술피드 결합을 가진 60개의 아미노산으로 구성되어 있다.칼시셉틴은 특히 L형 칼슘 채널을 차단하지만 N형 및 T형 [1]채널과 같은 다른 전압 의존 Ca2+ 채널은 차단하지 않습니다.

역사

검은 맘바는 일반적으로 [2][3]지구상에서 가장 치명적인 뱀 중 하나로 여겨지며 사하라 이남 아프리카 지역에서 많은 사망을 초래한다.치료를 받지 않으면 블랙 맘바가 물리면 사망률이 100%[4]가 됩니다.

블랙 맘바의 독은 28개 이상의 펩타이드로 구성되어 있다.이러한 펩타이드 중 하나가 칼시셉틴이다.블랙 맘바 독의 2.8%를 차지한다.처음 정제되었을 때, 펩타이드는 단백질 E3라고 불렸으며, 나중에 와일 외 [1][4]연구진에 의해 칼시셉틴으로 바뀌었다.

중요성

칼시셉틴은 L형 전압 게이트2+ Ca 채널을 특이적으로 억제하는 것으로 나타났으며, 이러한 특성을 가진 첫 번째 천연 폴리펩타이드이다.전압 민감 채널의 특정 폴리펩타이드 억제제는 연구에 중요한 도구이며 전압 민감+ Na 채널, 전압 민감 및 Ca 활성화2++ K 채널 및 N형 Ca [1]채널에2+ 대해 이미 알려져 있었다.

칼시셉틴이 배열되어 특정 L형 칼슘 채널 억제제로 나타나기 전에는 이러한 유형의 전압 게이트 채널에 대한 특정 폴리펩타이드 억제제가 알려져 있지 않았다.L형 채널의 특이적 차단제는 1,4-디히드로피리딘과 같은 작은 유기 분자였다.폴리펩타이드 억제제가 뱀 독에서 발견될 수 있다고 제안되었다.칼시셉틴은 L형 채널을 특이적으로 차단할 뿐만 아니라 1,4-디히드로피리딘과 [5]정확히 같은 지점에서 차단하는 것으로 나타나 이를 확인했다.칼시셉틴 후 L형 채널을 차단하는 다른 폴리펩타이드 FS2, C10S2C2, S4C8도 [1]검출되었다.

분리/합성

칼시셉틴은 블랙맘바에서만 발견되며 [1]조독으로부터 정제될 수 있다.뱀은 독을 얻기 위해 젖을 뺄 수 있다.슈바이츠 외칼시셉틴을 호몰로지로 정제하기 위해 3단계 방법을 사용했습니다.세 단계는 1) 겔 여과, 2) TSK SP 5PW에서의 이온 교환, 3) RP18에서의 [4]역상 크로마토그래피였다.

과학자들은 또한 실험실에서 칼시셉틴을 합성하는데 성공했다.블랙맘바 독의 또 다른 성분으로 칼시셉틴과 상동성이 있는 FS2도 [6]연구실에서 합성할 수 있다.

구조.

세 손가락독소과

주요 기사:세 손가락 독소

칼시셉틴은 뱀 독에서 발견되는 독성 펩타이드 계열의 구성원이다.이 과의 단백질은 작고 58개에서 74개의 아미노산으로 구성되어 있습니다.모두 8개의 시스테인 [7]잔류물 사이에 4개의 디술피드 브릿지가 형성되어 발생하는 3개의 손가락 구조를 가지고 있다.

이러한 독소의 활동은 비록 그들이 같은 과에 속하지만, 실제로는 매우 다양하며 아세틸콜린 수용체의 차단에서부터 막 투과성의 변화까지 다양합니다.이들의 공통점은 모두 어떤 방식으로든 [7]신호 전달에 영향을 미친다는 것입니다.

순서 및 구조

칼시셉틴 자체는 60개의 아미노산으로 구성되어 있으며 완전히 [8]배열되어 있습니다.

리시이하슬 프라트켄 TCYKMFIRTQ 레이이저그CG CPTAMWPYQT ECCKGDRCNK

칼시셉틴의 3차원 구조는 실험적으로 결정되지 않았다.그러나 블랙맘바 독에서 발견되는 또 다른 독소인 FS2는 3개의 잔류물에서만 순차적으로 칼시셉틴과 다르다: 그것은 5위에는 이소류신 대신 세린, 30위에는 글루타민 대신 히스티딘, [1]32위에는 글루탐산 대신 글루타민을 포함한다.NMR을 이용해 FS2의 3차원 구조를 결정했으며, 이는 작은 순차차로 인해 칼시셉틴 [9]구조의 모델이 될 수 있다.

독성역학

흡수 및 분포

뱀이 칼시셉틴을 독의 나머지 부분과 함께 먹이에 주입하기 때문에 피부의 보호막을 통과할 필요가 없고 먹이의 조직 및/또는 혈류에 직접 주입된다.구체적으로 칼시셉틴의 독성 동태에 대한 연구는 이루어지지 않았지만, 뱀 독소 역학에 대한 일반적인 연구는 이용할 수 있다.독성 펩타이드는 일반적으로 작지만(약 60개의 아미노산), 그 크기는 혈액-뇌 [10]장벽과 같은 상피층을 교차하는 것을 막기에 충분하다.

몇몇 뱀 독에 대해 생물학적 가용성 측정이 수행되었다.예를 들어 코브라 독은 근육 내 주입 시 41.7%의 생체 가용성이 있는 것으로 밝혀졌으며, 다른 독의 경우 10% 미만이 될 수도 있다.이러한 값은 근육 [11]내 주입 후 생물학적 가용성이 거의 100%인 대부분의 치료 약물에 비해 상당히 낮다.일반적으로 10-40 아미노산의 독성 펩타이드는 크기와 친수성 [10]때문에 상대적으로 생체 가용성이 낮은 것으로 밝혀졌다.따라서 60개의 아미노산이 함유된 칼시셉틴은 낮은 생물학적 가용성을 가질 것으로 예상된다.

대사

칼시셉틴은 펩타이드이기 때문에 이론적으로 그것은 주입되는 조직 내의 단백질 분해 효소에 의해 분해될 수 있다.뱀 독성 펩타이드의 단백질 분해효소에 의한 소화가 먹잇감 조직에서 일어나는 것으로 밝혀졌지만, 독소의 상대적인 안정성, 독소의 작용 속도, 주입되는 독의 양 때문에, 이것은 뱀에 물린 결과로부터 보호하기에 충분하지 않다.면역 체계도 마찬가지다: 더 큰 독 펩타이드는 면역 체계에 의해 놓칠 것 같지 않지만, 면역학적 작용은 [10][12]독의 효과를 상쇄하기에 충분히 빠르지 않다.

앞에서 설명한 바와 같이, 칼시셉틴은 독소에서 흔히 볼 수 있는 세 손가락 구조를 가지고 있다.많은 독소가 이러한 구조를 가지고 있지만, 그 기능은 다양합니다.이 구조가 많이 보존된 이유는 아마도 그것의 안정성 때문일 것입니다: 시스테인 다리는 안정적인 코어를 생성하며, 이것은 단백질 분해 [10]효소에 의한 단백질의 분해를 늦출 수 있습니다.

작용 메커니즘

칼시셉틴은 L형 칼슘 채널을 차단하여 평활근 수축과 심장 [1]기능을 억제하는 것으로 나타났다.

전압 활성화 칼슘 채널

전압 의존형 칼슘 채널은 뉴런과 심장 또는 평활근 세포와 같은 흥분성 세포에서 전기 신호를 생성하는 데 중요합니다.N형2+ Ca 채널은 신경세포에서 발견되며 신경 들뜸과 신경전달물질 분비의 결합에 중요한 역할을 한다.L형 칼슘 채널은 심근 세포와 평활근 세포에 존재하며 근육 수축과 흥분 결합합니다.다른 유형의 전압 활성화 Ca 채널에는2+ T형 [1]및 P형 채널이 있습니다.

L형 칼슘 채널 차단

근육 수축을 위해서는 세포에 칼슘이 존재해야 하기 때문에 칼슘 채널을 차단하는 것은 근육의 긴장 형성을 방해한다.L형 칼슘 채널 차단제는 심장 및 평활근에서 발생하며 평활근 이완제 및 심장 [1]수축 억제제 역할을 한다.L형 칼슘 채널의 일반적인 차단제는 1,4-디히드로피리딘으로 심혈관 질환 치료에 사용된다.이완제로서의 활동 때문에 혈관을 둘러싼 평활근육을 이완시켜 혈관을 [1][7][13]넓히고 혈압을 낮출 수 있다.

L형 칼슘 채널 차단제로서의 칼시셉틴

칼시셉틴은 평활근과 [1]심근에서 L형 칼슘 채널을 결합하고 차단하는 능력이 동일하기 때문에 생물학적 작용에서 상기 1,4-디히드로피리딘과 유사하다.

L형 칼슘 채널의 결합과 차단을 담당하는 아미노산은 아마도 아미노산 40과 50 사이의 칼시셉틴 구조의 세 번째 손가락에 있을 것이다.세 손가락 과의 펩타이드는 구조가 비슷하지만 칼슘 채널을 결합하고 차단할 수 있는 것은 일부뿐입니다.다중 배열 배열 연구에서는 채널 차단 활성을 가진 독소에 고유한 12개의 아미노산 잔류물이 나왔다.이러한 잔류물은 세 손가락 구조의 루프 II 및 III 끝에 위치합니다.FS2 독소의 아미노산 45~48 MWPY가 칼슘 채널을 결합하는 것으로 간주되는 모델이 제안되었다.이 모델은 이러한 아미노산과 칼슘 채널의 상호작용에 대한 예측을 기반으로 합니다.이러한 상호작용은 알려진 1,4-디히드로피리딘 차단제인 [7]니페디핀의 소수성 및 수소 결합 특성과 유사합니다.이 모델은 칼시셉틴과 FS2의 유사성으로 인해 칼시셉틴과 L형 칼슘 채널의 상호작용도 설명할 수 있다.

또 다른 모델은 아미노산 42~47을 포함한 동일한 루프의 더 큰 세그먼트에 기초하고 있다.단백질 상호작용 부위는 종종 프로라인에 [14]의해 측면으로 발견되기 때문에 구조의 이 '손가락'에 두 개의 프로라인의 존재는 가능한 상호작용 부위를 나타낸다.이러한 배열을 포함하는 8개의 아미노산 잔기로 이루어진 짧은 폴리펩타이드(polypptide)는 활성은 [15]낮지만 실제로 L형 칼슘 채널을 차단하는 것으로 확인되었다.

이러한 상호작용 아미노산은 또한 두 개의 다른 L형 칼슘 채널 차단 단백질인 C10S2C2와 S4C8에서도 발견됩니다.비록 이 두 독소가 모두 세 손가락 과의 일원이지만, 세 손가락 구조는 아마도 채널을 차단하기 위한 요건은 아닐 것입니다. 덴드로톡신을 포함한 다른 뱀 독소는 다양한 채널에 비슷한 영향을 미치지만 세 손가락 [7][15]구조를 보여주지는 않습니다.

표시/증상

블랙맘바에 물린 후 나타나는 대표적인 증상으로는 현기증, 졸음, 기침, 호흡곤란 등이 있다.다른 가능성 있는 증상으로는 경련, 신경근육 증상, 쇼크, 의식 상실, 저혈압, 운동실조, 과도한 침흘림, 사지 마비, 메스꺼움과 구토, 발열, 그리고 심한 복통이 있다.만약 물린 상처가 치료되지 않는다면 영구적인 사지 마비는 매우 가능성이 높다.가장 심각한 경우, 치료하지 않을 경우, 블랙 맘바에 물린 상처는 호흡근 [16]마비 때문에 질식사할 수 있다.

이 모든 증상들은 블랙 맘바의 조독에 포함된 모든 독성 펩타이드의 조합 때문이다.증상들은 또한 평활근 이완제로서 작용하기 때문에, 호흡곤란,[1] 사지 마비, 그리고 심지어 질식에 의한 사망의 조기 발생을 설명하기 때문에, 칼시셉틴과 관련이 있다.칼시셉틴은 저혈압 [17]효과가 있는 것으로 알려져 있다.서로 다른 독소의 조합은 다양한 영향을 미칠 수 있기 때문에 어떤 펩타이드가 어떤 증상에 가장 책임이 있는지 명확하게 규명할 수 없다.

해독제

블랙 맘바에 물린 경우 표준 프로토콜에 따라 환자를 치료해야 합니다.이 치료의 가장 중요한 부분은 다원 항독소의 정맥주사이다.남아프리카의 백신 생산자들은 이 항독소를 생산한다.폴리밸런트는 바이퍼, 맘바, 코브라 [18]등 다양한 뱀물이에 사용할 수 있음을 의미합니다.독의 영향을 막기 위해 많은 양의 항독제를 주사해야 한다.

다가 항독소는 말에게 적응된 독을 주입함으로써 만들어진다.독은 먼저 너무 많은 손상과 죽음을 막기 위해 해독된다.이것은 대부분 포르말린과 같은 알데히드와 독을 복합시킴으로써 이루어진다.독은 또한 면역학적 반응을 자극하기 위해 수산화알루미늄이나 알긴산나트륨과 같은 보조제와 함께 투여된다.독이 주입되면 몸은 항체를 만들어 낼 것이다.이것들은 분자의 추가적인 활동을 막고 궁극적으로 신체의 면역 체계에 의해 제거되는 독의 성분들, 즉 펩타이드의 다양성과 결합할 것입니다.이 항체들은 혈액에서 채취되고 정제되어 대부분 액체 형태로 포장된다.말은 혈액량이 많기 때문에 사용된다.최종 항독소 제품은 5년 후 유효기간이 만료되며 우선적으로 4-8°C의 온도를 유지해야 합니다.하지만,[19] 그것은 효능을 잃지 않고 몇 주에서 몇 달 동안 다른 환경 상황에서 살아남을 수 있습니다.

여러 뱀의 독이 시간이 지남에 따라 주입되기 때문에 말은 모든 독에 대해 다른 항체를 발달시킬 것이다.이것은 항독소의 다원적 특성을 부여한다.이것은 또한 항독소의 효능을 높인다.어떤 독은 스스로 면역 체계를 충분히 유도하지 못하거나 두 개 이상의 독의 조합이 더 잘 반응하는 항독소를 [19]낳는다.

독성

치사성

칼시셉틴은 저용량일 때 독성이 있다.인간의 칼시셉틴 독성에 대한 구체적인 데이터는 없다.그러나 마우스의 LD 값이50 결정되었으며 아래 [20]표에서 확인할 수 있습니다.

관리 방식 LD값50
정맥주사 0.25mg/kg
피하 주사 0.38mg/kg
복강내 주사 0.94mg/kg

독독성

블랙맘바는 한 입에 100~120mg의 독을 주입할 수 있다.LD의50 결과와 주입할 수 있는 독의 양을 비교하면 한 번 물면 치명적이라는 것을 알 수 있다.사람에게 10–15mg의 복용량은 [21]치명적일 수 있다.

기타 데이터

칼시셉틴은 K유도수축과+ L형2+ Ca채널 활성에 영향을 미치며 IC값을50 측정하여 각각 230, 430nM의 값을 부여하였다.칼시셉틴은 심장 기능에도 영향을 미칩니다.이50 조직에 대해 발견된 IC 값은 15nM이었다.이러한 값은 쥐와 [1]생쥐에서 결정되었다.

시너지 독성

맘바 독에서 나오는 세 손가락의 독소들은 서로 시너지 작용을 하는 것으로 밝혀졌다.이러한 상호작용의 분자 메커니즘은 [22]아직 알려지지 않았다.칼시셉틴이 다른 독성분들과 시너지 효과가 있는지도 알려지지 않았다.

동물에 미치는 영향

칼시셉틴은 모든 종류의 동물에서 체내 및 체외에서 검사되었지만 대부분 쥐에게서 검사되었다.칼시셉틴은 미리 수축된 쥐(흉부) 대동맥을 이완시키고 혈압을 급격히 [17]낮춥니다.

혈압의 하락은 단기적 효과와 장기적 효과의 조합을 보여준다.초기 급성 발작에는 5분이 걸렸고 효과는 120분 이상 지속될 수 있다.또한, 칼시셉틴은 심장 박동에 아주 작은 영향을 미치며, 약간의 변화만 일으켰습니다.또한 폐에 있는 기관 고리를 이완시킬 수도 있습니다.이러한 효과는 다양한 평활근 [1]세포에서 칼시셉틴의 이완 작용으로 설명될 수 있다.칼시셉틴의 억제 효과는 이러한 세포에서 전기 활동이 감소하거나 완전히 사라지게 합니다.총 억제 효과는 조직에 따라 달라집니다: 심혈관계가 가장 취약한 반면, 신경세포는 덜 취약하고 골격근 세포는 완전히 저항합니다.이러한 조직 민감도의 차이는 이러한 조직의 [1]L형 칼슘 채널에서 약간의 차이 때문에 발생할 수 있습니다.이러한 효과는 0.1~1μM의 낮은 칼시셉틴에서 발생할 수 있습니다.마우스 근튜브에서는 칼시셉틴(1μM)에서 배양한 후 Ca 전류가2+ 더 높은 진폭을 보입니다.Ca 전류에2+ 대한 이 칼시셉틴의 효과는 비교적 빠르게 발전합니다.칼시셉틴은 마우스 근튜브에서 [23]Ca 전류의2+ 반전 전위를 변경합니다.성체 개구리의 골격근 섬유는 또한 Ca 전류를2+ 증가시킨다.이 증가는 생쥐의 근튜브에서 발견된 증가와 견줄 만하다.마우스 myotubes calciseptine과 대조적으로 Ca 전류의2+ 반전 전위는 변경되지 않았습니다.쥐의 근육 섬유에서는 칼시셉틴을 바른 후 경련 장력에 매우 미미한 변화가 발견되었으며, 이는 펩타이드가 근육 수축에 거의 영향을 미치지 않았음을 보여준다.또한 칼시셉틴은 개구리 근육 [23]섬유에 거의 영향을 미치지 않았다.

파상풍을 일으키는 일련의 반복적인 자극 동안 칼시셉틴의 작은 효과가 있다; 칼시셉틴은 테타닉 긴장을 증가시킨다.칼시셉틴 도포 후 평균 테타닉 장력은 대조군 값보다 약간 높았다.칼시셉틴은 전하 이동의 증가와 L형 채널을 통한 Ca 유입의2+ 증가를 주지만 이는 [23]파상풍에서도 근육 수축에 큰 영향을 미치지 않는다.

쥐와 기니피그에 대한 연구 결과 합성칼시셉틴과 FS2도 [17]천연칼시셉틴과 같은 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.

레퍼런스

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