nie daj się zwieść ich wyglądowi: naparstki wielkości, odziane w wesołe kolory i mięsiste, trujące żaby w rzeczywistości zawierają jedne z najsilniejszych neurotoksyn, jakie znamy. Dzięki nowemu artykułowi opublikowanemu w czasopiśmie Science, naukowcy są o krok bliżej rozwiązania problemu drapania głowy-jak te żaby powstrzymują się przed zatruciem? A odpowiedź ma potencjalne konsekwencje dla walki z bólem i uzależnieniem.
nowe badania, prowadzone przez naukowców z University of Texas at Austin, odpowiadają na to pytanie dla podgrupy trujących żab, które używają toksyny epibatydyny. Aby powstrzymać drapieżniki przed zjedzeniem ich, żaby używają toksyny, która wiąże się z receptorami w układzie nerwowym zwierzęcia i może powodować nadciśnienie, drgawki, a nawet śmierć. Naukowcy odkryli, że mała mutacja genetyczna żab — zmiana zaledwie trzech z 2500 aminokwasów tworzących receptor — zapobiega działaniu toksyny na własne receptory żab, czyniąc je odpornymi na jej śmiertelne działanie. Nie tylko to, ale dokładnie ta sama zmiana pojawiła się niezależnie aż trzy razy w ewolucji tych żab.
„bycie toksycznym może być dobre dla twojego przetrwania — daje Ci przewagę nad drapieżnikami” – powiedziała Rebecca Tarvin, Postdoctoral researcher w UT Austin i współautorka artykułu. „Więc dlaczego więcej zwierząt nie jest toksycznych? Nasza praca pokazuje, że dużym ograniczeniem jest to, czy organizmy mogą rozwijać odporność na własne toksyny. Odkryliśmy, że ewolucja dotknęła dokładnie tych samych zmian w trzech różnych grupach żab, i to, dla mnie, jest całkiem piękne.”
istnieją setki gatunków trujących żab, z których każda wykorzystuje dziesiątki różnych neurotoksyn. Tarvin jest częścią zespołu naukowców, w tym profesorów Davida Cannatella i Harolda zakona z Wydziału Biologii integracyjnej, którzy badali, w jaki sposób te żaby rozwinęły odporność na toksyczność.
od dziesięcioleci naukowcy medyczni wiedzą, że ta Toksyna, epibatydyna, może również działać jako silny nieaddykcyjny środek przeciwbólowy. Opracowali setki związków z toksyny żab, w tym jeden, który rozwinął się w procesie opracowywania leków do badań na ludziach, zanim został wykluczony z powodu innych skutków ubocznych.
nowe badania-pokazujące, jak niektóre trujące żaby ewoluowały, aby blokować toksynę, zachowując użycie receptorów potrzebnych mózgowi-dają naukowcom informacje na temat epibatydyny, które mogą ostatecznie okazać się pomocne w projektowaniu leków, takich jak nowe leki przeciwbólowe lub leki do walki z uzależnieniem od nikotyny.
„każda informacja, jaką możemy zebrać na temat interakcji tych receptorów z lekami, przybliża nas do projektowania lepszych leków”, powiedziała Cecilia Borghese, kolejna współautorka artykułu i współpracownik naukowy w Waggoner Center for Alcohol and Addiction Research na Uniwersytecie.
autor: Rebecca Tarvin / University of Texas at Austin.
Zmiana blokady
receptor jest rodzajem białka na zewnątrz komórek, które przesyła sygnały między zewnętrznymi a wewnętrznymi. Receptory są jak zamki, które pozostają zamknięte, dopóki nie napotkają właściwego klucza. Kiedy pojawia się cząsteczka o odpowiednim kształcie, receptor zostaje aktywowany i wysyła sygnał.
receptor, który Tarvin i jej współpracownicy badali, wysyła sygnały w procesach takich jak uczenie się i pamięć, ale zwykle tylko wtedy, gdy związek, który jest zdrowym „kluczem”, wchodzi w kontakt z nim. Niestety dla drapieżników żab toksyczna epibatydyna działa również, podobnie jak potężny klucz szkieletowy, na receptor, porywając komórki i wywołując niebezpieczny wybuch aktywności.
naukowcy odkryli, że trujące żaby, które używają epibatydyny, rozwinęły małą mutację genetyczną, która zapobiega wiązaniu się toksyny z ich receptorami. W pewnym sensie zablokowali klucz szkieletu. Dzięki drugiej mutacji genetycznej udało im się również zachować drogę do dalszego działania prawdziwego klucza. U żab zamek stał się bardziej selektywny.
walka z chorobą
sposób zmiany zamka sugeruje możliwe nowe sposoby opracowywania leków do walki z ludzkimi chorobami.
naukowcy odkryli, że zmiany, które dają żab odporność na toksyny bez zmiany zdrowego funkcjonowania zachodzą w częściach receptora, które są blisko, ale nawet nie dotykają epibatydyny. Borghese i Wiebke Sachs, odwiedzający studenta, badali funkcję ludzkich i żabich receptorów w laboratorium adrona Harrisa, innego autora pracy i zastępcy dyrektora Waggoner Center.
„najbardziej ekscytujące jest to, jak te aminokwasy, które nie są nawet w bezpośrednim kontakcie z lekiem, mogą modyfikować funkcję receptora w tak precyzyjny sposób” – powiedział Borghese. Zdrowy związek, kontynuowała, ” działa jak zwykle, nie ma problemu, a teraz receptor jest odporny na epibatydynę. To było dla mnie fascynujące.”
zrozumienie, w jaki sposób te bardzo małe zmiany wpływają na zachowanie receptora, może być wykorzystane przez naukowców próbujących zaprojektować leki, które działają na niego. Ponieważ ten sam receptor u ludzi jest również zaangażowany w ból i uzależnienie od nikotyny, badanie to może sugerować sposoby opracowania nowych leków blokujących ból lub pomagających palaczom przełamać nawyk.
Retracing Evolution
współpracując z partnerami w Ekwadorze, naukowcy pobrali próbki tkanek z 28 gatunków żab — w tym tych, które używają epibatydyny, tych, które używają innych toksyn i tych, które nie są toksyczne. Tarvin i jego współpracownicy Juan C. Santos z St. John 's University i Lauren O’ Connell z Stanford University zsekwencjonowali gen kodujący dany receptor w każdym gatunku. Następnie porównała subtelne różnice, aby zbudować drzewo ewolucyjne reprezentujące ewolucję genu.
po raz drugi Cannatella, Zakon, Tarvin i Santos odegrali rolę w odkrywaniu mechanizmów, które zapobiegają zatruwaniu się żab. W styczniu 2016 zespół zidentyfikował zestaw mutacji genetycznych, które sugerowały, że mogą chronić inną podgrupę żab trujących przed inną neurotoksyną, batrachotoksyną. Badania opublikowane w tym miesiącu zostały oparte na ich odkryciu i przeprowadzone przez naukowców z State University of New York w Albany, potwierdzając, że jedna z proponowanych mutacji UT Austin Chroni Ten zestaw trujących żab przed toksyną.
innym współautorem artykułu jest Ying Lu z UT Austin.
ten artykuł został ponownie opublikowany z materiałów dostarczonych przez University of Texas at Austin. Uwaga: materiał mógł być edytowany pod względem długości i zawartości. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z cytowanym źródłem.