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 специально парализуют насекомых и ракообразных, но один из них, α-латротоксин, поражает позвоночных и также ядовит для человека. Он 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, вызывая сильные мышечные сокращения и спазмы.
Несмотря на кажущуюся простоту этого процесса, за ним стоит очень сложный механизм. Ученые из Университета Мюнстера расшифровали структуру α-латротоксина до и после внедрения в мембрану с разрешением, близким к атомарному. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Чтобы лучше понять механизм притока кальция в пресинаптическую мембрану, специалисты из Центра мягкой нанонауки при Мюнстерском университете во главе с профессором Христосом Гацояннисом (Институт медицинской физики и биофизики) и профессором Андреасом Хойером (Институт физической химии) использовали высокопроизводительную криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) и компьютерное моделирование молекулярной динамики (МД).
Они показали, что токсин претерпевает замечательную трансформацию, когда связывается с рецептором. Часть токсичной молекулы образует стебель, который проникает в клеточную мембрану как шприц. В качестве особой особенности этот стебель образует небольшую пору в мембране, которая функционирует как кальциевый канал. Моделирование МД показало, что ионы кальция могут поступать в клетку через селективные ворота, расположенные на стороне, непосредственно над порой.
Благодаря этим результатам исследователи теперь лучше понимают, как работает α-латротоксин. «Токсин имитирует функцию кальциевых каналов пресинаптической мембраны весьма сложным образом», — объясняет Гацогианнис. «Поэтому он во всех отношениях отличается от всех ранее известных токсинов».
Новые результаты открывают широкий спектр потенциальных применений; латротоксины обладают значительным биотехнологическим потенциалом, включая разработку улучшенных антидотов, методов лечения паралича и новых биопестицидов.
