Ikke la deres utseende lure deg: Fingerbøl-størrelse, dappled i muntre farger og squishy, gift frosker faktisk havn noen av de mest potente nevrotoksiner vi kjenner. Med et nytt papir publisert I tidsskriftet Science, er forskere et skritt nærmere å løse en relatert hodeskraper-hvordan holder disse froskene seg fra å forgifte seg selv — Og svaret har potensielle konsekvenser for kampen mot smerte og avhengighet.
den nye forskningen, ledet av forskere Ved University Of Texas I Austin, svarer på dette spørsmålet for en undergruppe av gift frosker som bruker toksinet epibatidin. For å holde rovdyr fra å spise dem, bruker froskene toksinet, som binder seg til reseptorer i dyrets nervesystem og kan forårsake hypertensjon, anfall og til og med død. Forskerne oppdaget at en liten genetisk mutasjon i froskene — en endring i bare tre av de 2500 aminosyrene som utgjør reseptoren-forhindrer toksinet i å virke på froskens egne reseptorer, noe som gjør dem resistente mot dets dødelige effekter. Ikke bare det, men nettopp den samme forandringen dukket opp uavhengig tre ganger i utviklingen av disse froskene.
» å være giftig kan være bra for overlevelse — det gir deg en kant over rovdyr, » Sa Rebecca Tarvin, en postdoktoral forsker VED Ut Austin og en medforfatter på papiret. «Så hvorfor er ikke flere dyr giftige? Vårt arbeid viser at en stor begrensning er om organismer kan utvikle motstand mot sine egne toksiner. Vi fant evolusjonen har truffet på denne samme eksakte endringen i tre forskjellige grupper av frosker, og det er for meg ganske vakkert.»
det er hundrevis av arter av giftige frosker, som hver bruker dusinvis av forskjellige nevrotoksiner. Tarvin er en del av et team av forskere, inkludert professorene David Cannatella og Harold Zakon I Institutt For Integrativ Biologi, som har studert hvordan disse froskene utviklet giftig motstand.
i flere tiår har medisinske forskere kjent at dette toksinet, epibatidin, også kan fungere som et kraftig ikke-smertestillende middel. De har utviklet hundrevis av forbindelser fra froskens toksin, inkludert en som avanserte i stoffutviklingsprosessen til menneskelige forsøk før de ble utelukket på grunn av andre bivirkninger.
den nye forskningen-som viser hvordan visse gift frosker utviklet seg til å blokkere toksinet og samtidig beholde bruk av reseptorer hjernen trenger-gir forskere informasjon om epibatidin som til slutt kunne vise seg nyttig i å designe narkotika som nye smertestillende midler eller narkotika for å bekjempe nikotinavhengighet.
» Hver bit av informasjon vi kan samle om hvordan disse reseptorene samhandler med stoffene, får oss et skritt nærmere å designe bedre stoffer,» Sa Cecilia Borghese, en annen medforfatter av papiret og en forskningsassistent i universitetets Waggoner Center For Alcohol And Addiction Research.
Kreditt: Rebecca Tarvin/University Of Texas I Austin.
Endre Låsen
en reseptor er en type protein på utsiden av celler som overfører signaler mellom utsiden og innsiden. Reseptorer er som låser som holder seg stengt til de møter den riktige nøkkelen. Når et molekyl med akkurat riktig form kommer sammen, blir reseptoren aktivert og sender et signal.
reseptoren Som Tarvin og hennes kolleger studerte sender signaler i prosesser som læring og minne, men vanligvis bare når en forbindelse som er den sunne «nøkkelen» kommer i kontakt med den. Dessverre for froskens rovdyr virker giftig epibatidin også, som en kraftig skjelettnøkkel, på reseptoren, kapre celler og utløse en farlig aktivitet.
forskerne fant at gift frosker som bruker epibatidin har utviklet en liten genetisk mutasjon som forhindrer toksinet i å binde seg til sine reseptorer. På en måte har de blokkert skjelettnøkkelen. De har også klart, gjennom evolusjon, å beholde en måte for den virkelige nøkkelen til å fortsette å jobbe, takket være en annen genetisk mutasjon. I froskene ble låsen mer selektiv.
Bekjempelse Av Sykdom
måten låsen endret antyder mulige nye måter å utvikle medisiner for å bekjempe menneskelig sykdom.
forskerne fant at endringene som gir froskene motstand mot toksinet uten å endre sunn funksjon, forekommer i deler av reseptoren som er nær, men ikke engang berører epibatidin. Borghese Og Wiebke Sachs, en gjestestudent, studerte funksjonen av menneskelige og froskreseptorer i Laboratoriet Til Adron Harris, en annen forfatter på papiret og assisterende direktør for Waggoner Center.
» det mest spennende er hvordan disse aminosyrene som ikke engang er i direkte kontakt med stoffet, kan endre reseptorens funksjon på en så presis måte, » Sa Borghese. Den sunne forbindelsen, fortsatte hun, «fortsetter å fungere som vanlig, ikke noe problem i det hele tatt, og nå er reseptoren resistent mot epibatidin. Det for meg var fascinerende.»
Å Forstå hvordan de svært små endringene påvirker reseptorens oppførsel, kan utnyttes av forskere som prøver å designe stoffer som virker på det. Fordi den samme reseptoren hos mennesker også er involvert i smerte og nikotinavhengighet, kan denne studien foreslå måter å utvikle nye medisiner for å blokkere smerte eller hjelpe røykere å bryte vanen.
Retracing Evolution
I Samarbeid med partnere I Ecuador samlet forskerne vevsprøver fra 28 arter av frosker — inkludert de som bruker epibatidin, de som bruker andre toksiner og de som ikke er giftige. Tarvin og høre kolleger Juan C. Santos Fra St. John ‘S University og Lauren O’ Connell fra Stanford University sekvenserte genet som koder for den spesielle reseptoren i hver art. Hun sammenlignet deretter subtile forskjeller for å bygge et evolusjonært tre som representerer hvordan genet utviklet seg.
Dette representerer andre gang Cannatella, Zakon, Tarvin Og Santos har spilt en rolle i å oppdage mekanismer som hindrer frosker i å forgifte seg selv. I januar 2016 identifiserte teamet et sett med genetiske mutasjoner som de foreslo, kunne beskytte en annen undergruppe av gift frosker fra et annet nevrotoksin, batrachotoxin. Forskning publisert denne måneden ble bygget på deres funn og utført av forskere Fra State University Of New York I Albany, som bekrefter at EN AV Ut Austins foreslåtte mutasjoner beskytter det settet av gift frosker fra toksinet.
avisens andre medforfatter Er Ying Lu FRA Ut Austin.
denne artikkelen er publisert fra materialer levert Av University Of Texas I Austin. Merk: materialet kan ha blitt redigert for lengde og innhold. For ytterligere informasjon, vennligst kontakt den siterte kilden.