nu vă lăsați păcăliți de aspectul lor: de dimensiuni de degetar, cu pete în culori vesele și broaște otrăvitoare, de fapt, adăpostesc unele dintre cele mai puternice neurotoxine pe care le cunoaștem. Cu o nouă lucrare publicată în revista Science, oamenii de știință sunt cu un pas mai aproape de rezolvarea unei zgârieturi legate de cap-cum se păstrează aceste broaște de la otrăvire? Iar răspunsul are consecințe potențiale pentru lupta împotriva durerii și dependenței.
noua cercetare, condusă de oamenii de știință de la Universitatea Texas din Austin, răspunde la această întrebare pentru un subgrup de broaște otrăvitoare care utilizează toxina epibatidină. Pentru a împiedica prădătorii să le mănânce, broaștele folosesc toxina, care se leagă de receptorii din sistemul nervos al unui animal și poate provoca hipertensiune arterială, convulsii și chiar moarte. Cercetătorii au descoperit că o mică mutație genetică a broaștelor — o schimbare în doar trei dintre cei 2.500 de aminoacizi care alcătuiesc receptorul — împiedică toxina să acționeze asupra receptorilor broaștelor, făcându-i rezistenți la efectele sale letale. Nu numai asta, dar tocmai aceeași schimbare a apărut independent de trei ori în evoluția acestor broaște.
„a fi toxic poate fi bun pentru supraviețuirea ta — îți oferă un avantaj față de prădători”, a spus Rebecca Tarvin, cercetător postdoctoral la UT Austin și co-primul autor al lucrării. „De ce nu sunt mai multe animale toxice? Munca noastră arată că o mare constrângere este dacă organismele pot dezvolta rezistență la propriile toxine. Am descoperit că evoluția a lovit exact această schimbare în trei grupuri diferite de broaște, și asta, pentru mine, este destul de frumos.”
există sute de specii de broaște otrăvitoare, fiecare dintre ele folosind zeci de neurotoxine diferite. Tarvin face parte dintr-o echipă de cercetători, inclusiv profesorii David Cannatella și Harold Zakon de la Departamentul de Biologie integrativă, care au studiat modul în care aceste broaște au evoluat rezistența toxică.
de zeci de ani, cercetătorii medicali au știut că această toxină, epibatidina, poate acționa și ca un puternic analgezic nonaddictiv. Au dezvoltat sute de compuși din toxina broaștelor, inclusiv unul care a avansat în procesul de dezvoltare a medicamentelor la studiile umane înainte de a fi exclus din cauza altor efecte secundare.
noua cercetare — care arată modul în care anumite broaște otrăvitoare au evoluat pentru a bloca toxina, păstrând în același timp utilizarea receptorilor de care creierul are nevoie — oferă oamenilor de știință informații despre epibatidină care s-ar putea dovedi în cele din urmă utile în proiectarea de medicamente, cum ar fi noi analgezice sau medicamente pentru combaterea dependenței de nicotină.
„fiecare informație pe care o putem aduna despre modul în care acești receptori interacționează cu medicamentele ne aduce un pas mai aproape de proiectarea unor medicamente mai bune”, a declarat Cecilia Borghese, un alt co-autor al lucrării și un asociat de cercetare în centrul Waggoner al universității pentru cercetarea alcoolului și dependenței.
Credit: Rebecca Tarvin / Universitatea din Texas, Austin.
schimbarea blocării
un receptor este un tip de proteină din exteriorul celulelor care transmite semnale între exterior și interior. Receptorii sunt ca niște încuietori care rămân închise până când întâlnesc cheia corectă. Atunci când o moleculă cu doar forma dreapta vine de-a lungul, receptorul devine activat și trimite un semnal.
receptorul pe care Tarvin și colegii ei l-au studiat trimite semnale în procese precum învățarea și memoria, dar de obicei numai atunci când un compus care este „cheia” sănătoasă intră în contact cu acesta. Din păcate pentru prădătorii broaștelor, epibatidina toxică funcționează, de asemenea, ca o cheie puternică a scheletului, asupra receptorului, deturnând celulele și declanșând o explozie periculoasă de activitate.
cercetătorii au descoperit că broaștele otrăvitoare care utilizează epibatidină au dezvoltat o mică mutație genetică care împiedică legarea toxinei de receptorii lor. Într-un fel, au blocat cheia scheletului. De asemenea, au reușit, prin evoluție, să păstreze o modalitate prin care cheia reală să continue să funcționeze, datorită unei a doua mutații genetice. În broaște, încuietoarea a devenit mai selectivă.
combaterea bolilor
modul în care s-a schimbat încuietoarea sugerează posibile noi modalități de a dezvolta medicamente pentru combaterea bolilor umane.
cercetătorii au descoperit că modificările care dau broaștelor rezistență la toxină fără a schimba funcționarea sănătoasă apar în părți ale receptorului care sunt aproape, dar nici măcar nu ating epibatidina. Borghese și Wiebke Sachs, un student în vizită, au studiat funcția receptorilor umani și de broască în laboratorul lui Adron Harris, un alt autor pe hârtie și director asociat al Centrului Waggoner.
„cel mai interesant lucru este modul în care acești aminoacizi care nu sunt nici măcar în contact direct cu medicamentul pot modifica funcția receptorului într-un mod atât de precis”, a spus Borghese. Compusul sănătos, a continuat ea, ” continuă să funcționeze ca de obicei, fără nicio problemă, iar acum receptorul este rezistent la epibatidină. Pentru mine a fost fascinant.”
înțelegerea modului în care aceste schimbări foarte mici afectează comportamentul receptorului ar putea fi exploatate de oamenii de știință care încearcă să proiecteze medicamente care acționează asupra acestuia. Deoarece același receptor la om este implicat și în durerea și dependența de nicotină, acest studiu ar putea sugera modalități de a dezvolta noi medicamente pentru a bloca durerea sau a ajuta fumătorii să rupă obiceiul.
Retracing Evolution
lucrând cu parteneri din Ecuador, cercetătorii au colectat probe de țesut de la 28 de specii de broaște — inclusiv cele care utilizează epibatidină, cele care utilizează alte toxine și cele care nu sunt toxice. Tarvin și colegii hear Juan C. Santos de la Universitatea St.John și Lauren O ‘ Connell de la Universitatea Stanford au secvențiat gena care codifică receptorul particular din fiecare specie. Apoi a comparat diferențele subtile pentru a construi un copac evolutiv care să reprezinte modul în care a evoluat gena.
aceasta reprezintă a doua oară când Cannatella, Zakon, Tarvin și Santos au jucat un rol în descoperirea mecanismelor care împiedică broaștele să se otrăvească. În ianuarie 2016, Echipa a identificat un set de mutații genetice despre care au sugerat că ar putea proteja un alt subgrup de broaște otrăvitoare de o altă neurotoxină, batrachotoxina. Cercetările publicate în această lună au fost construite pe baza descoperirii lor și efectuate de cercetători de la Universitatea de Stat din New York din Albany, confirmând că una dintre mutațiile propuse de UT Austin protejează acel set de broaște otrăvitoare de toxină.
celălalt coautor al lucrării este Ying Lu din UT Austin.
acest articol a fost republicat din materialele furnizate de Universitatea Texas din Austin. Notă: este posibil ca materialul să fi fost editat pentru lungime și conținut. Pentru informații suplimentare, vă rugăm să contactați sursa citată.