Из всех компонентов яда скорпионов наибольшее внимание исследователей привлекают полипептидные токсины. Они действуют на потенциал-чувствительные натриевые каналы (ПЧНК) – белки, которые пропускают ионы натрия внутрь клетки в ответ на изменение мембранного потенциала. ПЧНК играют важную роль в проведении нервного импульса и возбудимости мышечной ткани. Нарушение работы каналов при воздействии яда скорпионов может привести к параличу и гибели жертвы.

Рис. 1. Скорпион Androctonus Australis
Hector, из яда которого выделен один
из токсинов, действующих на млекопитающих.
Via Wikimedia Commons.

Токсины скорпионов, способные селективно связываться с натриевыми каналами, изучаются в Институте биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова (ИБХ РАН) в рамках проекта «Создание селективных пептидных лигандов натриевых каналов – инструментов исследований для нейробиологии», поддержанного ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009–2013 годы». На конференции «Математика. Компьютер. Образование», которая будет проходить в Пущино с 24 по 29 января 2011 года, исследователи расскажут о применении компьютерного моделирования для изучения отличий между токсинами разных групп.

Исследование строения и свойств токсинов позволяет получить новую информацию о работе их мишеней, ионных каналов.

«В деталях строение Na±каналов пока покрыто мраком. Однако токсин – это в каком-то смысле «слепок» с канала, и, если мы сможем найти общее в строении токсинов, действующих на один тип канала и не действующих на другой, это позволит узнать и кое-что о структуре самого канала», – поясняет Информнауке Антон Чугунов, один из участников исследования.

Учёные сосредоточились на α-токсинах скорпионов, которые замедляют инактивацию потенциал-чувствительных натриевых каналов и приводят к продлению потенциала действия. Известны α-токсины, действующие на ионные каналы млекопитающих, насекомых, или опасные для тех и других. Какие именно отличия в структуре токсинов обусловливают селективное действие на конкретную группу животных – до сих пор не вполне понятно, но предполагается, что важную роль в этом играет структура RC-домена – вариабельного участка токсина.

Анна Коромыслова, Антон Чугунов и другие исследователи из ИБХ РАН разработали компьютерную модель, которая позволяет оценить гидрофобные свойства поверхности токсинов и их конформационную подвижность. Они выяснили, что токсины, действующие на млекопитающих, отличаются по структуре от двух других групп: в этих молекулах RC-домены заметно более гидрофильны и подвижны, чем остальная часть белка.

Рис. 2. Aah2, один из токсинов скорпиона
Androctonus Australis Hector. Синим цветом
обозначены гидрофильные, а коричневым –
гидрофобные участки. Иллюстрация авторов
исследования.

«В наше время биохимики детальнейшим образом исследовали многие из токсинов скорпионов, но у них не выработалось хорошей гипотезы их действия: места и механизма связывания, а также основ селективности по отношению к разным каналам. Именно этот пробел мы и вознамерились восполнить исходя пока что из опубликованных структурных и биохимических данных. В ближайшее время мы начнём и свои эксперименты, связанные с получением и тестированием мутантных аналогов некоторых токсинов. В результате моделирования мы, кажется, наткнулись на гипотезу селективности токсинов и в ближайшее время будем заниматься её проверкой», – говорит Чугунов.

Если гипотезу селективности удастся подтвердить в ходе дальнейшей работы, то у учёных появится инструмент для предсказания свойств токсинов на основе данных об их аминокислотной последовательности и пространственном строении. Важнейшее следствие из этого – возможность создания токсинов с заданными свойствами, а наиболее вероятная область применения этого подхода – разработка новых инсектицидов.

«Большинство современных инсектицидов действует как раз на Na±каналы: например, это ДДТ и пиретроиды. Токсины могут быть перспективны в этом отношении, потому что некоторые из них более эффективны и селективны, а также к ним по сравнению с “традиционными” инсектицидами у насекомых нет резистентности, – поясняет Чугунов. – Доставка токсинов в организм вредителя может осуществляться по-разному: они могут быть встроены в трансгенные сельскохозяйственные культуры или же работать в составе вирусов насекомых».

Первоисточник информации:

А. Д. Коромыслова, А. О. Чугунов, А. А. Полянский, Р. Г. Ефремов, А. А. Василевский, Е. В. Гришин Взаимосвязь асимметрии гидрофобных свойств молекулярной поверхности и селективности действия α-токсинов скорпионов. – Тезисы докладов восемнадцатой международной конференции «МКО-2011».