nedovolte, aby vás jejich vzhled zmást: náprstek velikosti, dappled v veselých barvách a squishy, jedovaté žáby ve skutečnosti obsahují některé z nejsilnějších neurotoxinů, které známe. S novým článkem publikovaným v časopise Science, vědci jsou o krok blíže k vyřešení souvisejícího škrabače hlavy-jak se tyto žáby brání otravě? A odpověď má potenciální důsledky pro boj proti bolesti a závislosti.
nový výzkum vedený vědci z University of Texas v Austinu odpovídá na tuto otázku pro podskupinu jedovatých žab, které používají toxin epibatidin. Aby je dravci nejedli, žáby používají toxin, který se váže na receptory v nervovém systému zvířete a může způsobit hypertenzi, záchvaty a dokonce i smrt. Vědci zjistili, že malá genetická mutace u žab-změna pouze tří z 2 500 aminokyselin, které tvoří receptor-zabraňuje toxinu působit na vlastní receptory žab, což je činí odolnými vůči jeho smrtelným účinkům. Nejen to, ale přesně stejná změna se objevila nezávisle třikrát ve vývoji těchto žab.
„být toxický může být dobré pro vaše přežití — to vám dává náskok před predátory,“ řekl Rebecca Tarvin, postdoktorand výzkumník na UT Austin a co-první autor na papíře. „Tak proč nejsou další zvířata toxická? Naše práce ukazuje, že velkým omezením je, zda organismy mohou vyvinout odolnost vůči svým vlastním toxinům. Zjistili jsme, že evoluce zasáhla stejnou přesnou změnu ve třech různých skupinách žab, a to, ke mě, je docela krásné.“
existují stovky druhů jedovatých žab, z nichž každá používá desítky různých neurotoxinů. Tarvin je součástí týmu vědců, včetně profesorů Davida Cannatelly a Harolda zakona na Katedře integrační biologie, kteří studovali, jak se tyto žáby vyvinuly toxickou rezistenci.
po celá desetiletí lékaři věděli, že tento toxin, epibatidin, může také působit jako silný nediktivní lék proti bolesti. Vyvinuli stovky sloučenin z toxinu žab, včetně toho, který postupoval v procesu vývoje léků do pokusů na lidech, než byl vyloučen kvůli jiným vedlejším účinkům.
nový výzkum-ukazuje, jak se některé jedovaté žáby vyvinuly, aby blokovaly toxin při zachování použití receptorů, které mozek potřebuje-poskytuje vědcům informace o epibatidinu, které by se nakonec mohly ukázat jako užitečné při navrhování léků, jako jsou nové léky proti bolesti nebo léky k boji proti závislosti na nikotinu.
“ každý kousek informací, které můžeme shromáždit o tom, jak tyto receptory interagují s drogami, nás dostane o krok blíže k navrhování lepších léků,“ řekla Cecilia Borghese, další spoluautor článku a výzkumný pracovník v univerzitním Waggonerově Centru pro výzkum alkoholu a závislostí.
kredit: Rebecca Tarvin / University of Texas v Austinu.
Změna zámku
receptor je typ proteinu na vnější straně buněk, který přenáší signály mezi vnějškem a uvnitř. Receptory jsou jako zámky, které zůstávají zavřené, dokud nenarazí na správný klíč. Když se objeví molekula se správným tvarem, receptor se aktivuje a vyšle signál.
receptor, který Tarvin a její kolegové studovali, vysílá signály v procesech, jako je učení a paměť, ale obvykle pouze tehdy, když s ním přichází do styku sloučenina, která je zdravým „klíčem“. Bohužel pro predátory žab, toxický epibatidin také funguje, jako silný klíč kostry, na receptoru, unáší buňky a spouští nebezpečný výbuch aktivity.
vědci zjistili, že jedovaté žáby, které používají epibatidin, vyvinuly malou genetickou mutaci, která zabraňuje toxinu vázat se na jejich receptory. V jistém smyslu zablokovali klíč kostry. Díky evoluci se jim také podařilo udržet způsob, jak skutečný klíč pokračovat v práci, a to díky druhé genetické mutaci. U žab se zámek stal selektivnějším.
boj proti nemoci
způsob, jakým se zámek změnil, naznačuje možné nové způsoby vývoje léků pro boj s lidskými nemocemi.
vědci zjistili, že změny, které dávají žábám odolnost vůči toxinu bez změny zdravého fungování, se vyskytují v částech receptoru, které jsou blízko, ale ani se nedotýkají epibatidinu. Borghese a Wiebke Sachs, hostující student, studoval funkci lidských a žabích receptorů v laboratoři Adrona Harrise, další autor na papíře a přidružený ředitel Waggoner Center.
„nejzajímavější je, jak tyto aminokyseliny, které nejsou ani v přímém kontaktu s léčivem, mohou modifikovat funkci receptoru tak přesným způsobem,“ řekl Borghese. Zdravá sloučenina pokračovala: „funguje jako obvykle, vůbec žádný problém a nyní je receptor rezistentní na epibatidin. To pro mě bylo fascinující.“
pochopení toho, jak tyto velmi malé změny ovlivňují chování receptoru, by mohli využít vědci, kteří se snaží navrhnout léky, které na něj působí. Protože stejný receptor u lidí je také zapojen do bolesti a závislosti na nikotinu, může tato studie navrhnout způsoby, jak vyvinout nové léky k blokování bolesti nebo pomoci kuřákům zlomit zvyk.
Retracing Evolution
ve spolupráci s partnery v Ekvádoru vědci shromáždili vzorky tkání z 28 druhů žab-včetně těch, které používají epibatidin, těch, které používají jiné toxiny a ty, které nejsou toxické. Tarvin a hear kolegové Juan C. Santos z St. John ‚S University a Lauren O‘ Connell ze Stanfordské univerzity sekvenovali gen, který kóduje konkrétní receptor u každého druhu. Poté porovnala jemné rozdíly a vytvořila evoluční strom představující, jak se Gen vyvíjel.
to představuje podruhé, kdy Cannatella, Zakon, Tarvin a Santos hráli roli při objevování mechanismů, které zabraňují tomu, aby se žáby otravovaly. V lednu 2016 tým identifikoval sadu genetických mutací, které by podle nich mohly chránit další podskupinu jedovatých žab před jiným neurotoxinem, batrachotoxinem. Výzkum zveřejněný tento měsíc byl postaven na jejich nálezu a veden vědci ze státní univerzity v New Yorku v Albany, což potvrzuje, že jedna z navrhovaných mutací UT Austina chrání tuto sadu jedovatých žab před toxinem.
dalším spoluautorem článku je Ying Lu z UT Austin.
tento článek byl publikován z materiálů poskytnutých University of Texas v Austinu. Poznámka: materiál mohl být upraven pro délku a obsah. Pro další informace, obraťte se na citovaný zdroj.