Дослідники виявили секрет небезпечної отрути "Чорної Вдови".
Моделювання Cryo-EM та MD розкриває механізм, за допомогою якого потужний нейротоксин α-латротоксин утворює проникні для кальцію пори мембрани. Павук чорна вдова є одним із найстрашніших видів павуків. Його отрута - це коктейль із семи різних токсинів, які атакують нервову систему. Ці так звані латротоксини спеціально паралізують комах і ракоподібних. Однак один із цих токсинів, α-латротоксин, націлений на хребетних і є токсичним для людини. Він порушує передачу нервових сигналів, що призводить до його шкідливого впливу.
Як тільки α-латротоксин зв'язується зі специфічними рецепторами синапсів - контактів між нервовими клітинами або між нервовими клітинами та м'язами - іони кальцію неконтрольовано надходять у пресинаптичні мембрани сигнальних клітин. Це викликає вивільнення нейромедіаторів, викликаючи сильні м'язові скорочення та спазми.
Складність процесуНезважаючи на уявну простоту цього процесу, за ним стоїть дуже складний механізм. Вчені з Університету Мюнстера (Німеччина) тепер розшифрували структуру α-латротоксину до та після введення мембрани з роздільною здатністю,
приблизною до атомної.
Для глибшого розуміння механізму, через який кальцій проникає в пресинаптичну мембрану, науковці з Центру м'якої нанонауки при Університеті Мюнстера, очолювані професором Христосом Гацогіаннісом (Інститут медичної фізики та біофізики) та професором Андреасом Хойером (Інститут фізичної хімії), застосували передові методи високоефективної кріоелектронної мікроскопії (кріо-ЕМ) разом із комп'ютерним моделюванням молекулярної динаміки (МД).
Токсичний агент undergoes a remarkable transformation upon binding to its receptor. A segment of the toxic molecule develops a protrusion that penetrates the cellular membrane similarly to a syringe. Notably, this protrusion creates a tiny aperture in the membrane that acts as a calcium channel. Molecular dynamics simulations have demonstrated that calcium ions can enter the cell through selective gates positioned laterally, right above the opening.
Коли α-латротоксин взаємодіє з рецептором на пресинаптичній мембрані нейрону, він undergoes трансформацію: одна з його частин формує ніжку, що проникає у клітинну мембрану ("мембранна вставка", праворуч). Ця ніжка, як особливість, створює невеличкий отвір у мембрані,
який функціонує як кальцієвий канал. Молекулярно-динамічне моделювання показало, що іони кальцію (Ca2+) проникають у клітину через бічні селективні канали безпосередньо над порою. Дослідження, проведене університетом Мюнстера під керівництвом групи Гацогіанніса, дозволило отримати глибше розуміння механізму дії α-латротоксину. "Цей токсин складно імітує діяльність кальцієвих каналів у пресинаптичній мембрані", -- зазначає Христос Гацогіанніс. "Таким чином, він суттєво відрізняється від усіх відомих до цього моменту токсинів". Нові результати відкривають численні можливості для застосування; латротоксини мають великий біотехнологічний потенціал, включаючи розробку нових антидотів, лікування паралічу та створення інноваційних біопестицидів.
Нещодавно результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Communications. У своїй попередній роботі команда, очолювана Крістосом Гацогіанісом, успішно розкрила структуру латротоксинів, характерних для комах, які містяться в отруті павука-чорної вдови перед їх інтеграцією в мембрану.
