Niedawno odkryta toksyna skorpiona atakuje specyficzny receptor nerwowy „receptor wasabi”, białko wykrywające związki chemiczne występujące w komórkach nerwowych, które jest odpowiedzialne za naszą reakcję na wasabi, dym papierosowy czy cebulę.
Ponieważ toksyna wywołuje reakcję na ból poprzez nieznany wcześniej mechanizm, naukowcy sądzą, że można ją wykorzystać jako narzędzie do badania przewlekłego bólu i stanu zapalnego i może ostatecznie doprowadzić do opracowania nowych nieopioidowych leków przeciwbólowych.
Naukowcy wyizolowali toksynę, krótkie białko (lub peptyd), które nazwali „toksyną receptora wasabi” (WaTx) z jadu australijskiego skorpiona Black Rock. Odkrycie nastąpiło, gdy naukowcy prowadzili systematyczne poszukiwanie związków z jadu zwierząt, które mogłyby się aktywować, a zatem mogły zostać użyte do zbadania receptora wasabi - białka sensorycznego oficjalnie nazwanego TRPA1 (wymawiane jako „trip A1”), które jest osadzone w zakończeniach nerwów czuciowych w całym ciele. Po aktywacji, TRPA1 otwiera się, aby odsłonić kanał, który umożliwia przepływ jonów sodu i wapnia do komórki, co może wywoływać ból i stany zapalne.
TRPA1 stanowi alarm przeciwpożarowy organizmu dla chemicznych substancji drażniących w środowisku. Kiedy ten receptor napotyka potencjalnie szkodliwy związek - w szczególności klasę chemikaliów zwanych „reaktywnymi elektrofilami”, które mogą powodować znaczne uszkodzenie komórek - zostaje aktywowany, aby poinformować Cię, że jesteś narażony na coś niebezpiecznego i powinieneś uciekać. Na przykład dym papierosowy i zanieczyszczenia środowiska są bogate w reaktywne elektrofile, które mogą wyzwalać TRPA1 w komórkach wyściełających powierzchnię dróg oddechowych organizmu, co może wywoływać napady kaszlu i przedłużone zapalenie dróg oddechowych. Receptor może być również aktywowany przez substancje chemiczne w ostrych pokarmach, takich jak wasabi, cebula, musztarda, imbir i czosnek - związki, które według autorów badania mogły ewoluować, aby zniechęcić zwierzęta do jedzenia tych roślin. Wygląda na to, że WaTx ewoluował z tego samego powodu.
Chociaż wiele zwierząt używa jadu w celu sparaliżowania lub zabicia ofiary, WaTx wydaje się służyć wyłącznie obronnemu celowi. Praktycznie wszystkie zwierzęta, od insektów po ludzi, posiadają jakąś formę TRPA1. Naukowcy odkryli jednak, że WaTx może aktywować tylko wersję znalezioną u ssaków, których nie ma w menu skorpionów z Czarnej Skały, sugerując, że toksyna jest głównie używana do odpierania drapieżników ssaków.
Wyniki najnowyszch badań stanowią piękny i uderzający przykład zbieżnej ewolucji, w której odległe pokrewne formy życia - rośliny i zwierzęta - opracowały strategie obronne ukierunkowane na ten sam receptor ssaka za pomocą całkowicie odrębnych strategii. Jednak najbardziej interesujący dla badaczy w WaTx był jego sposób działania. Chociaż wyzwala TRPA1, podobnie jak związki występujące w ostrych roślinach - a nawet celuje w to samo miejsce na tym receptorze - sposób, w jaki aktywuje receptor, był nowy i nieoczekiwany.
Po pierwsze, WaTx przedostaje się do komórki, omijając standardowe drogi, które ograniczają dostęp do sieci. Większość związków, od maleńkich jonów po duże cząsteczki jest przyjmowane przez komórkę w złożonym procesie znanym jako „endocytoza”, albo dochodzi do nich poprzez przejście przez jeden z wielu kanałów białkowych, które badają powierzchnię komórki i działają jako jej strażnicy. WaTx zawiera niezwykłą sekwencję aminokwasów, która pozwala mu po prostu przeniknąć przez błonę komórkową i przejść bezpośrednio do wnętrza komórki. Niewiele innych białek jest do tego zdolnych. Najbardziej znanym przykładem jest białko HIV o nazwie Tat, ale, co zaskakujące, WaTx nie zawiera sekwencji podobnych do tych znalezionych w Tat lub w innym białku, które może przejść przez błonę komórkową.
Zaskakujące było znalezienie toksyny, która może przenikać bezpośrednio przez błonę komórki, co jest niezwykłe w przypadku toksyn peptydowych. Jest to również ekscytujące odkrycie, ponieważ zrozumienie, w jaki sposób te peptydy przedostają się przez błonę, pozwoli wykorzystać je do przenoszenia - na przykład leków - bezpośrednio do komórki. Po wejściu do komórki WaTx przyłącza się do miejsca na TRPA1 znanego jako „związek allosteryczny”, tego samego miejsca, które atakują ostre rośliny i drażniące środowisko, takie jak dym. Ale na tym kończą się podobieństwa. Toksyna WaTx wywołuje tylko ból, inne związki indukują zarówno ból i stan zapalny.
Aby to udowodnić, naukowcy wstrzyknęli olej musztardowy, drażniący dla roślin, o którym wiadomo, że aktywuje receptor wasabi, lub WaTx do łap myszy. Po aplikacji olejku musztardowego zaobserwowali ostry ból, nadwrażliwość na temperaturę i dotyk - kluczowe cechy przewlekłego bólu - i stan zapalny, o czym świadczy znaczny obrzęk. Po podaniu WaTx zaobserwowali ostry ból i nadwrażliwość na ból, ale obrzęk nie wystąpił.
Uruchomione przez wapń komórki nerwowe mogą uwalniać prozapalne sygnały, które mówią układowi odpornościowemu, że coś jest nie tak i wymaga naprawy. To neurogenne zapalenie jest jednym z kluczowych procesów, które ulegają rozregulowaniu w przewlekłym bólu. Wyniki tych badań sugerują, że możliwe jest oddzielenie obronnej reakcji ostrego bólu od stanu zapalnego, który może przyczynić się do chronifikacji bólu.
Naukowcy uważają, że ich odkrycia doprowadzą do lepszego zrozumienia ostrego bólu, a także do powiązania między przewlekłym bólem, a stanem zapalnym, które wcześniej uważano za eksperymentalnie nie do odróżnienia. Odkrycia mogą nawet położyć podwaliny pod opracowanie nowych leków przeciwbólowych. Odkrycie tej toksyny zapewnia naukowcom nowe narzędzie, które można wykorzystać do badania molekularnych mechanizmów bólu, w szczególności do selektywnego badania procesów prowadzących do nadwrażliwości na ból.
Źródła:
Źródło zdjęcia: 123rf.com
Więcej komentarzy...