Atracotoxina delta

La delta atracotoxina (δ-ACTX-Ar1, robustoxina o robustotoxina) es un polipéptido neurotóxico de bajo peso molecular que se encuentra en el veneno de la araña de tela en embudo de Sydney (Atrax robustus).

La delta-atracotoxina produce síntomas neurotóxicos potencialmente fatales en los primates, al retardar la inactivación de los canales de iones de sodio en las neuronas autónomas y motoras. En los insectos que las arañas consideran presas, la toxina ejerce esta misma actividad sobre los canales de iones de potasio y calcio.

La estructura de la atracotoxina comprende una región beta central con un motivo de nudo de cistina, una característica que se observa en otros polipéptidos neurotóxicos.

Desde 1927 se llevan registros de envenenamientos de seres humanos por la araña de tela en embudo de Sydney, y se han reportado 14 muertes en la literatura médica entre 1927 y 1981, cuando se dispuso del antiveneno. En todos los casos en los que se determinó el sexo de la araña, la muerte se produjo tras la picadura de una araña macho.

La delta atracotoxina es una toxina peptídica de 42 residuos con la fórmula química C₂₀₆H₃₁₃N₅₉O₅₉S₉. La secuencia de aminoácidos de la delta atracotoxina es inusual, ya que contiene tres residuos de cisteína consecutivos en las posiciones 14 a 16. La secuencia de aminoácidos de la delta atracotoxina es:

CAKRNWCGK NEDCCCPMK IYAWYNQGS CQTTITGLFK KC

Existen puentes de cisteína entre Cys1 y Cys15, Cys8 y Cys20, Cys14 y Cys31, y Cys16 y Cys42.

La estructura consiste en una pequeña lámina beta de triple hebra estabilizada por un nudo disulfuro, seguida de una extensión C-terminal que comprende tres giros y clásicos o inversos. El nudo disulfuro es un anillo que consiste en dos enlaces disulfuro (1-15 y 8-20) y la cadena principal de conexión, a través de la cual pasa un tercer enlace disulfuro (14-31). La lámina β, definida sobre la base de enlaces de hidrógeno entre láminas, consiste en los residuos 6-8 (hebra I), 19-21 (hebra II) y 29-32 (hebra III), con una topología de +2x, —1. Los dos enlaces de hidrógeno (una amida de los cuales tiene un protón amida de intercambio lento) entre las hebras I y III están distorsionados (distancia de NH a CO entre 2,5 y 3,0 A). Hay cuatro enlaces de hidrógeno entre las cadenas II y III (todas las cuales tienen protones amida correspondientes que se intercambian lentamente), tres de los cuales están presentes en la mayoría de las estructuras y uno en la mitad de las estructuras. La estructura contiene varias inversiones de cadena. La primera no está bien definida y es un giro β de tipo II (Lys3-Asn6) o un giro y centrado en Arg5. La inversión de cadena II es un giro y centrado en Gly9. La inversión de cadena III no está bien definida, ya que es un giro β de tipo I (Asnn-Cys14) o un giro y inverso centrado en Asn11. La inversión de cadena IV (Cys15-Met18) no está estabilizada por un enlace de hidrógeno, pero tiene un enlace peptídico cis entre Cys16 y Pro17 y se asemeja a un giro de tipo Via. La quinta inversión de cadena se produce en la región de los residuos 22-28, que cumplen los criterios para un bucle i2. La extensión C-terminal, estabilizada por el enlace disulfuro Cys16-Cys42, consta de tres giros y, VI-VIII, que son, respectivamente, un giro inverso, centrado en Thr33, un giro clásico centrado en Ile35 y un giro inverso centrado en Phe39. Los tres enlaces de hidrógeno del giro y tienen protones amida de intercambio lento (aunque este no es el caso de los otros giros). El único protón amida de intercambio lento que no se explica por los enlaces de hidrógeno de consenso en ningún elemento de estructura secundaria es el de Gly37 (que se une a Thr34 en una de las estructuras). Las conformaciones de los enlaces disulfuro Cys1-Cys15 y Cys8-Cys20 están bien definidas y tienen Xss negativo y positivo, respectivamente; los otros dos enlaces tienen parámetros de orden inferior. El núcleo hidrofóbico de RBX es limitado y consiste esencialmente en los residuos de cistina del nudo disulfuro y el Met18 enterrado. El bucle 22-28 contiene un residuo apolar, Ala23, y tres aromáticos, Tyr22, Trp24 y Tyr25, y está flanqueado por Ile21 en su extremo N y Trp7 cerca de su extremo C, por lo que esta región representa una superficie no polar significativa en la molécula. RBX tiene una carga altamente positiva, con un residuo de Arg (posición de secuencia 5) y seis residuos de Lys (3, 4, 10, 19, 40 y 41), equilibrados solo por Glu12 y Asp13. Estos residuos cargados forman tres parches en la superficie. El parche A consta de los residuos cargados positivamente 3, 4 y 5, el parche B de los residuos 10, 12, 13 y el extremo N (incluidos los posibles puentes salinos entre Lys10 y Glu12 y Asp13 y el extremo N), y el parche C de 19, 40, 41 y el extremo C.

La atracotoxina delta es responsable del síndrome de envenenamiento potencialmente letal que se observa después del envenenamiento por araña de tela en embudo. Las d-atracotoxinas inducen la activación espontánea y repetitiva y la prolongación de los potenciales de acción, lo que da como resultado la liberación continua del neurotransmisor acetilcolina desde las terminaciones nerviosas somáticas y autónomas. Esto conducirá a una inactivación más lenta del canal de sodio dependiente del voltaje y a un cambio hiperpolarizante en la dependencia del voltaje de la activación. Esta acción se debe a la unión dependiente del voltaje al sitio 3 del receptor de neurotoxina de una manera similar, pero no idéntica, a las toxinas alfa del escorpión y las toxinas de la anémona de mar. En las toxinas de la anémona de mar y del escorpión, las combinaciones de cadenas laterales cargadas (especialmente catiónicas) e hidrófobas son importantes para la unión a su sitio receptor (sitio 3) en el canal de sodio. Por lo tanto, no será sorprendente encontrar que lo mismo se aplica a la atracotoxina delta y la versutoxina (un homólogo cercano de la atracotoxina delta). La delta atracotoxina presenta tres zonas cargadas distintas en su superficie, así como una región no polar centrada en el bucle 22-28. Ambas características estructurales pueden desempeñar un papel en su unión al canal de sodio dependiente de voltaje, pero se necesitan más estudios para definir qué residuos son importantes para la interacción con el canal de sodio, de modo que se pueda construir un modelo plausible de su sitio de unión.

La disponibilidad de la toxina sintética ha permitido a los científicos explorar más a fondo la actividad biológica de la toxina, lo que ha dado como resultado la observación de que d-ACTX-Ar1a provoca la activación repetitiva y la prolongación del potencial de acción. Estas acciones son la base de los síntomas clínicos observados después del envenenamiento y contribuyen aún más a la comprensión de la base molecular de la actividad de esta potente neurotoxina sobre los canales de sodio dependientes del voltaje.

En condiciones de fijación de voltaje en neuronas del ganglio de la raíz dorsal (DRG), se encontró que los efectos de la toxina sintética sobre las corrientes de sodio no eran significativamente diferentes de los informados previamente para la toxina nativa. Ni la d-ACTX-Ar1a nativa ni la sintética tuvieron efecto alguno sobre las corrientes de sodio resistentes a TTX, pero ambas ejercieron una potente modulación selectiva de las corrientes de sodio sensibles a TTX consistente con acciones sobre el sitio 3 del receptor de neurotoxina. Esto incluye una desaceleración de la inactivación del canal de sodio, un cambio hiperpolarizante en la dependencia del voltaje de la activación y un cambio hiperpolarizante en la inactivación del canal de sodio en estado estable.

d-ACTX-Ar1a provoca una prolongación de la duración del potencial de acción, acompañada de descargas repetidas espontáneas, pero no despolariza el potencial de membrana en reposo. Los efectos sobre el sistema nervioso autónomo, que incluyen vómitos, sudoración profusa, salivación, lagrimeo, hipertensión marcada seguida de hipotensión, junto con el efecto sobre el sistema nervioso somático que causa fasciculación muscular y disnea (falta de aire) se deben presumiblemente a la liberación excesiva del transmisor. Para identificar la superficie de unión del canal de sodio de d-ACTX-Ar1a, los científicos deben sintetizar análogos con cambios de residuos seleccionados. Los estudios contribuirán a un mapeo más detallado del sitio 3, el sitio del receptor de neurotoxina en el canal de sodio y proporcionarán datos de estructura y actividad críticos para determinar las acciones específicas de los filos de esta atracotoxina y otras relacionadas.

La toxicidad del veneno de la araña depende del sexo de la misma. El veneno de la araña de tela de embudo macho parece ser seis veces más potente que el de la araña hembra, según las determinaciones de la dosis letal mínima. Además, las diferentes especies de animales tienden a reaccionar al veneno de distintas maneras. Por ejemplo, las ratas, los conejos y los gatos no se ven afectados por la picadura de una araña de tela de embudo hembra, mientras que para el 20 por ciento de los ratones y cobayas la picadura de una hembra fue mortal. Sin embargo, la picadura de una araña de tela de embudo macho provocó la muerte de casi todos los ratones y cobayas. Aunque el veneno de la araña macho parece ser más potente, las picaduras de araña macho causan efectos transitorios leves en perros y gatos. La mayoría de los primates, incluidos los humanos, parecen ser extremadamente sensibles al veneno de la araña de tela de embudo.

Se encontró que la LD50 en ratones del veneno crudo de las arañas macho era de 11,3 mg/kg. El veneno de las arañas hembra era de 80 mg/kg. El valor de LD₅₀ de la delta-atracotoxina pura que se aisló de una araña macho fue de 0,16 mg/kg cuando se probó en ratones de menos de 2 días de vida.

La picadura de la araña de tela en embudo de Sydney es dolorosa al principio, debido a los grandes colmillos y al pH ácido del veneno. Si no se aplica un tratamiento inmediato, pueden aparecer síntomas a partir de los diez minutos posteriores a la picadura. Puede producirse hipertensión, que suele ir seguida de una hipotensión prolongada y de insuficiencia circulatoria. Otros síntomas incluyen disnea y, en última instancia, insuficiencia respiratoria, fasciculación generalizada de los músculos esqueléticos, salivación, lagrimeo, sudoración, náuseas, vómitos, diarrea, edema pulmonar y dolor.

El proceso de envenenamiento se ha estudiado con precisión en primates, cuyos síntomas son muy similares a los de los humanos. En los primeros 25 minutos después del envenenamiento se producen trastornos respiratorios que se van agravando gradualmente. Algunos monos necesitaron ventilación artificial. Al principio, la presión arterial disminuyó, pero luego aumentó rápidamente, y luego la presión arterial disminuyó gradualmente. Después de 40 a 100 minutos se produjo una hipotensión grave. El lagrimeo comenzó después de 6 a 15 minutos y fue seguido por salivación. Estos síntomas fueron más graves durante 15 a 35 minutos después del envenenamiento. La fasciculación de los músculos esqueléticos comenzó después de 8 a 10 minutos y alcanzó su punto máximo entre 20 y 45 minutos. Fue acompañada por un aumento de la temperatura corporal.

El envenenamiento con veneno de los machos produjo en su mayor parte los mismos síntomas, aunque la aparición de los mismos se retrasó un poco. El veneno de las hembras también produce los mismos síntomas, pero mucho menos graves.

El antiveneno fue desarrollado por un equipo dirigido por Struan Sutherland en los Laboratorios Commonwealth Serum de Melbourne. Desde que el antiveneno estuvo disponible en 1981, no se han registrado muertes por picaduras de arañas de tela en embudo de Sydney. En septiembre de 2012, se informó que las existencias de antiveneno se estaban agotando y se pidió a los miembros del público que atraparan a las arañas para poder ordeñarlas y extraerles su veneno. El veneno se extrae de las arañas acariciando delicadamente sus colmillos y recogiendo las diminutas gotitas del veneno mortal. El veneno es necesario para producir el antiveneno. Una dosis de antiveneno requiere alrededor de 70 ordeños de una araña.

El antiveneno contra la araña de tela en embudo se prepara a partir del plasma de conejos inmunizados con el veneno de la araña de tela en embudo macho (Atrax robustus). Cada vial del producto contiene 125 unidades de antiveneno que se ha estandarizado para neutralizar 1,25 mg de veneno de araña de tela en embudo. El producto también contiene glicina y otras proteínas plasmáticas de conejo.

El antiveneno para la araña de tela de embudo es una inmunoglobulina purificada (principalmente inmunoglobulina G), derivada del plasma de conejo, que contiene anticuerpos específicos contra las sustancias tóxicas del veneno de la araña de tela de embudo, Atrax robustus. Hay evidencia que demuestra que el antiveneno es eficaz en el tratamiento de pacientes mordidos por otras arañas de tela de embudo del género Hadronyche (anteriormente Atrax).

• Atracotoxina

• Patophysiology of Envenomation — effects of venom delta-atracotoxins, from Medscape Reference