Ученые Университета Мюнстера показали, как действует нейротоксин, входящий в состав яда паука черная вдова. Это поможет в разработке противоядий и биопестицидов.
Паук «черная вдова» — один из самых страшных видов пауков. Его яд представляет собой коктейль из семи различных токсинов, которые поражают нервную систему. Эти так называемые латротоксины парализуют насекомых и ракообразных, но один из них, α-латротоксин, нацелен на позвоночных и ядовит для человека.
Этот токсин нарушает передачу сигналов в нервной системе. Как только α-латротоксин связывается со специфическими рецепторами синапсов — контактов между нервными клетками или между нервными клетками и мышцами — ионы кальция бесконтрольно поступают в пресинаптические мембраны сигнальных клеток. Это вызывает высвобождение нейротрансмиттеров, провоцирующих сильные мышечные сокращения и спазмы.
Несмотря на кажущуюся простоту этого процесса, за ним стоит очень сложный механизм. Ученые из Университета Мюнстера расшифровали с точностью до атомов структуру α-латротоксина до и после внедрения в мембрану. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Прокол в мембране
Когда α-латротоксин связывается с рецептором пресинаптической мембраны сигнальной клетки, он претерпевает трансформацию: часть молекулы образует стебель, который проникает через клеточную мембрану. https://www.nature.com/articles/s41467-024-52635-5
Чтобы лучше понять механизм притока кальция в пресинаптическую мембрану, ученые использовали высокопроизводительную криоэлектронную микроскопию и компьютерное моделирование молекулярной динамики. Ученые показали, что токсин претерпевает неожиданную трансформацию, когда связывается с рецептором.
Часть токсичной молекулы образует стебель, который проникает в клеточную мембрану подобно шприцу. Особенностью этого стебля является то, что он образует небольшую пору в мембране, которая функционирует как кальциевый канал. Моделирование показало, как ионы кальция проникают в клетку.
Благодаря этим результатам исследователи теперь лучше понимают, как работает α-латротоксин. «Токсин имитирует функцию кальциевых каналов пресинаптической мембраны», — объясняет соавтор работы Кристос Гатсогианнис. — «Поэтому он резко отличается от всех ранее известных токсинов».
Новые открытия открывают широкий спектр потенциальных применений. Латротоксины обладают значительным биотехнологическим потенциалом, включая разработку улучшенных противоядий, средств для лечения паралича и новых биопестицидов.