Toksiner af vandmænd øge antallet af ionkanaler i cellen • Alena Sukhoputova • Videnskabsnyheder om "Elements" • Molekylærbiologi, Fysiologi

Toksiner maneter øger antallet af ionkanaler i cellen

Fig. 1. vandmænd Pelagia noctiluca. Foto fra pinterest.com

En gruppe forskere fra Italien og Østrig fandt ud af hvorfor vandmændene er så ubehagelige. Det viste sig, at maneteret pelagia toksiner (Pelagia noctiluca), der er fælles i kystfarvande med varme og tempererede breddegrader, ændrer ledningsevnen hos pattedyrcellemembraner. Behandlingen af ​​disse toksiner forstyrrer det naturlige system til opretholdelse af det cellulære volumen. Som et resultat svulmer cellerne sammen og falder sammen. Forskere var i stand til at vise, at gennem plasma-membranerne af celler udsat for toksiner, indtræder Na ionerne intensivt.+ og vand. Celle hævelse og afbrydelse kan stoppes med natriumkanalblokkere. Takket være disse data vil det være muligt at finde et effektivt middel til manuel forbrænding. Desuden kan disse toksins evne til selektivt at øge ledningsevnen af ​​cellemembraner anvendes i andre sektioner af både anvendt og eksperimentel medicin.

Den såkaldte swarming af maneter, blinker af deres tal, er altid ubehagelige for badende. Afhængig af typen af ​​vandmænd kan forbrændinger have forskellige virkninger og sværhedsgrad: fra mild irritation til livstruende hjerte-karkollapse. De fleste vandmænd er ikke farlige for en sund person, men stadig møder dem ikke med glæde. Så for eksempel, vandmanden Cassiopeia (se billedet af dagen Den omvendte vandmænd) skaber omkring sig noget som "brændende vandskyer". Kubomedusa har særlig berygtighed (om dem, se også. Hvorfor har maneter komplekse øjne? "Elements", 12. oktober 2006).

Så hvordan må man vandre? Sagen er i de såkaldte stikkende celler eller cnidocytter – de er den fælles karakteristiske træk ved vandmænd og deres slægtninge, fordi de kaldes typen stingende. Den stikkende celle har en stikkende kapsel og et følsomt hår – cnidocil (figur 2a). I alle de stikkende kapsler er der en tråd snoet indad, snoet indad. Cnidocils afvigelse fra sin normale position, når den kommer i berøring med det tilsigtede bytte, aktiverer stingkapslen som følge heraf, under påvirkning af højt internt tryk, bliver stingtråden vendt indad ud ved høj hastighed (figur 2b-d). Denne proces tager kun 3 millisekunder. Enhver stikkende bur bruges kun én gang.

Fig. 2. Hovedtyperne af stikkende kapsler: penetrant, glutinant og volvent. og – fuldstændig stikkende celle: 1 – cnidocil, 2 – stilettos, 3 – Stingtråd 4 – cellekernen, 5 – trådbase bg – inversion af penetrerende tråd Hun er udstyret med skarpe stiletter og, når de bliver fyret, gennemsyrer integriteten af ​​offerets krop, forankret i dem; d – Glutenant har en klæbrig tråd og holder sig til offeret e – Volvent trænger ind i ofret. Billede fra bogen: I. Kh. Sharov. Invertebrat Zoologi: Proc. til stud. Executive. Proc. institutioner. M.: Humanity. red. Center VLADOS, 2002. – 592 s.

Den stikkende kapsel kan indeholde en blanding af toksiner, som indføres i ofreets legeme, når stingtråden er affyret (figur 3). Naturen og virkemekanismen for disse toksiner er stadig dårligt forstået, de afhænger af typen vandmænd og typen af ​​stikkende kapsler. Imidlertid er det allerede muligt at antage, at disse toksiner vil finde anvendelse som insekticider, acaricider mv. Og nogle af disse toksins unikke evne til at handle selektivt, kun på visse celletyper, gør det muligt at anvende dem til terapeutiske formål, for eksempel som anæstetika. . På den anden side kan alle disse nyttige egenskaber og mulige anvendelser ikke realiseres, før den eksakte virkningsmekanisme for stikkende giftstoffer er kendt.

Fig. 3. Mekanismen for indførelsen af ​​toksiner i offerets legeme med stikkende celler. Billede fra bogen: D. V. Orlov, M. V. Safonov, 2001. Scuba Dykning og Scuba Diving

Faktisk er en forbrænding den ødelæggende virkning af kvælens gift på cellerne. Hvis cellerne under normale forhold er anbragt i en hypotonisk opløsning (med lavt saltindhold), så øges volumenet oprindeligt noget (dette er det såkaldte osmotiske stadium) og falder derefter til dets tidligere tilstand. Tilbage til det oprindelige volumen opstår på grund af aktiv transport af Cl ioner og K+ ud af buret. Men med en forbrænding fra en vandmænd i denne anden fase – en regulatorisk reduktion i cellevolumen – forekommer ikke: cellen svulmer mere og mere og går i stykker.

Det var nødvendigt at forstå, hvorfor giften forstyrrer genoprettelsen af ​​det normale volumen af ​​cellen. Dette problem blev behandlet af forskere fra Universitetet i Messina (Italien) og Paracelsus Medical University i Salzburg (Østrig). De undersøgte poison scifomedusa pelagia nochesvetki (Pelagia noctiluca), som ofte kaldes "mauve sting" (figur 1). I Middelhavet er denne vandmænd den mest almindelige årsag til forbrændinger under vandet.

For at analysere virkningerne af toksiner placerede forskere celler af eksperimentelle cellekulturer (human HEK 293 Phoenix og HeLa og mouse NIH / 3T3) i opløsninger indeholdende gift af maneterende stingceller. De stikkende celler selv blev ikke brugt i eksperimentet. Når koncentrationen af ​​gift er mere end 0,04 μg / μl, dør absolut alle celler hurtigt, og en koncentration på 0,025 μg / μl fører til hævelse af celler i alle linjer, både i hypotoniske og isotoniske opløsninger (figur 4d), men ødelægger dem ikke fuldstændigt. Ved denne koncentration af gift genopretter cellerne ikke deres tidligere volumen (figur 4a-c). Interessant nok bevares effekten af ​​toksiner, selv når cellerne behandles med giftet, så flyttes ind i en hypotonisk opløsning, der ikke indeholder gift. Vi ser en lang eftervirkning af gift: Fraværet af normal regulering af cellevolumen. Cellen kan ikke styre den ioniske flux for at slippe af med overskydende vand på grund af osmose.

Fig. 4. Påvirkningen af ​​pelagias gift på ændringen i cellevolumen (for eksempel HEK 293 Phoenix). V – cellevolumen V0 – gennemsnitsvolumenet af den samme celle i isotonisk opløsning Vmax – det maksimale cellevolumen for hele eksperimentet iso – isotonisk opløsning hypo – hypotonisk opløsning lys grå bar – osmotiske stadium mørkegrå striben – stadium af regulerende cellevolumenreduktion sort bar – Tilstedeværelsen af ​​gift i opløsningen. en – der tilsættes øjeblikkeligt gift til den hypotoniske opløsning b – Forgiftning tilsættes 5 minutter efter at cellerne er sat i den hypotoniske opløsning; c – behandling med forgift foregik placeringen af ​​celler i en isotonisk opløsning d – ændring i volumenet af celler i isotonisk opløsning e – afhængighed af cellevolumen på koncentrationen af ​​stikkende gift Billede fra artiklen i diskussion Videnskabelige rapporter

For at finde ud af, hvorfor cellerne mister deres evne til at genoprette deres volumen, besluttede forskerne at måle de ionstrømme, som strømmer gennem cellemembraner. Alle målinger blev udført med en stikkende giftkoncentration på 0,025 μg / μl. Det er klart, at forskere primært var interesserede i Cl ioner. og K+; Desuden målte og analyserede forskere Ca-strømme.2+, Mg2+ og Na+.

Giften, som det viste sig, ændrede ikke strømmen af ​​Cl ioner og K+ fra cellen, det vil sige, blokerede ikke arbejdet i systemet med regulerende cellevolumenreduktion. Strømmen af ​​divalente ioner forblev også konstant. Hvad sker der så? Det viste sig, at strømmen af ​​Na-ion øges dramatisk.+ inde i cellen.Efter strømmen af ​​natriumvand går i cellen, svulmer cellen og brister. Inddragelse af natriumstrømme blev bekræftet ved cellebehandling med natriumblokkere (almilorid, se amilorid) og chlorid / anion (hjerne natriuretisk peptid og DIDS) kanaler (se ionkanaler). Ionstrømme viste sig at være relativt resistente over for chloridkanalblokkere, men de svækkedes kraftigt, da cellerne blev behandlet med en natriumkanalblokker. Den kombinerede virkning af natrium- og chloridkanalblokkere neutraliserede fuldstændigt virkningen af ​​giften. Også i opløsninger uden NaCl-salt virkede giften ikke på cellerne, og tilsætningen af ​​NaCl i nærværelse af gift forårsagede osmotisk shock i cellerne. Alt dette er logisk forbundet med billedet af handlinger af maneter toksiner. Giften forårsager indtrængen af ​​natriumioner i cellerne, og på grund af osmotiske kræfter kommer vand ind i cellerne. Strømmene af kalium og chlor, aktiveret af systemet med regulatorisk reduktion af cellevolumen, er ikke i stand til at kompensere for strømmen af ​​vand, hvilket fører til cellespredning.

Et andet vigtigt punkt afsløret under eksperimenterne er, at efter kogning er virkningen af ​​stikkende gift fuldstændigt neutraliseret.Varmebehandling ødelægger tilsyneladende det aktive stof i stikkende gift og gør det sikkert for pattedyrsceller. Dette tyder på, at det aktive stof, med al sandsynlighed, har proteinegenskaber.

Hvad er virkningsmekanismen for dette stof? To hypoteser blev fremsat. Den første er, at det aktive stof af stikkende gift binder direkte til cellemembranen og danner natriumkanaler. Den anden hypotese indikerer tværtimod aktiveringen af ​​allerede eksisterende natriumkanaler gennem bindingen af ​​det aktive stof til ekstracellulære kanalreceptorer. Det er ikke let at skelne mellem disse mekanismer, men der findes en løsning. Forskerne brugte en mikropipette til at injicere en opløsning af gift i cellen, hvilket eliminerer muligheden for ekstracellulær receptor deltagelse. Forgiftet indført i cellen virkede: en strøm af natrium gik gennem membranen. Derfor virker vandmandsgiften på cellerne ikke gennem aktiveringen af ​​eksisterende natriumkanaler, men gennem dannelsen af ​​nye. Denne hypotese bekræftes også af den lineære afhængighed af graden af ​​cellevulkning på koncentrationen af ​​gift (figur 4e).Faseet af mætning, uundgåeligt når det udsættes for et begrænset antal ionkanaler, observeres ikke i dette tilfælde. Og dette er et andet stykke komplekst biokemisk mosaik.

Og nu er vi bevæbnet med kendskabet til, hvordan giftet af disse vandmænd virker: Hvad er pointen her i det porøsdannende stof af protein natur, hvilket fører til osmotisk hævelse og celledestination. De opnåede data om, hvilke betingelser der kan forhindre oprettelsen af ​​nye ionkanaler, vil være nyttige til udvikling af midler til forbrændinger. Og for sofistikerede læsere vil det være nyttigt at lære, at en kogt vandmænd (i det mindste af denne art) kan spises uden risiko for at blive brændt med stikkende giftstoffer.

Kilde: Rossana Morabito, Roberta Costa, Valentina Rizzo, Alessia Remigante, Charity Nofziger, Giuseppa La Spada, Angela Marino, Markus Paulmichl og Silvia Dossena. Rågifte fra nematocytter af Pelagia noctiluca (Cnidaria: Scyphozoa) fremkalder en natriummembran pattedyrceller // Videnskabelige rapporter. 2017. V. 7. Artikelnummer: 41065. Doi: 10.1038 / srep41065.

Alena Suhoputova


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: