Latrunculina

As latrunculinas son unha familia de produtos naturais e toxinas producidos por certas esponxas, dos xéneros Latrunculia e Negombata, do primeiro dos cales deriva o nome. Únese a monómeros de actina preto da fenda de unión a nucleótidos cunha estequiometría de 1:1 e impide que a actina se polimerice. Administrada in vivo en experimentos, este efecto resulta na distorsión dos filamentos de actina do citoesqueleto, e permite a visualización dos cambios correspondentes nos procesos celulares. Esta propiedade é similar á da citocalasina, pero ten un intervalo de concentración efectiva máis estreito. A latrunculina foi moi útil para o descubrimento da regulación da distribución da cadherina e ten posibles aplicacións médicas. A latrunculina A, un tipo de toxina, fai reversibles cambios morfolóxicos nas células de mamíferos ao alterar a rede de actina.

Latrunculina A:
Fórmula molecular:C22H31NO5SPeso molecular:421,552 g/mol
Dianas e funcións

A xelsolina - latrunculina A causa o bloqueo dos extremos dos filamentos de actina, xa que se une aos extremos "barbados" (+), o cal acelera a nucleación. Esta proteína regulada polo calcio tamén exerce un papel na ensamblaxe e desensamblaxe dos cilios.

Latrunculina B:
Fórmula molecular:C20H29NO5S[4]Peso molecular:395,514 g/mol
Dianas e función

A actina - latrunculina B arma a estrutura das fibras de actina.

A proteína espira homólogo 2 é necesaria para a división celular, transporte de vesículas no filamento de actina e é esencial para a formación da estrangulación da célula durante a división celular[4].

 Historia 
A latrunculina é unha toxina producida por esponxas. A esponxa vermella Latrunculia magnifica é unha esponxa abondosa nos golfos de Aqaba e de Suez no mar Vermello, onde vive a profundidades de 6–30 metros. A toxina descubriuse arredor de 1970. Observouse que as esponxas vermellas Latrunculia magnifica nunca sufrían danos nin eran comidas polos peixes, mentres que outras esponxas si. Ademais, cando se estrullaban estas esponxas no mar, soltaban un líquido encarnado. Os peixes que estaban preto inmediatamente escapaban da zona onde se vertía o líquido. Estas foron as primeiras indicacións de que estas esponxas producían unha toxina. Posteriormente esta hipótese confirmouse ao estrullar a esponxa nun acuario con peixes, e os peixes mostraron unha perda de equilibrio e hemorraxias graves, morrendo en só 4–6 minutos. Observáronse efectos similares cando se inxectou a en ratos.

A latrunculina constitúe o 0,35 % do peso seco da esponxa. Hai dúas formas principais da toxina, chamadas A e B. A latrunculina A só está presente nas esponxas do golfo de Suez, mentres que a latrunculina B só é propia das esponxas do golfo de Aqaba.

 Estrutura 
miniatura|esquerda|Actividade relativa dos análogos da latrunculina.
A actividade distorsionadora dos microfilamentos (a unha concentración efectiva de 10 μM). Símbolos: ± efecto débil, + efecto significativo, ++ efecto forte, +++ efecto moi forte (menos dun 20 % de células viables).

Existen varios isómeros da latrunculina: A, B, C, D, G, H, M, S e T. As estruturas máis comúns e importantes son as das latrunclinas A e B. As súas fórmulas son, respectivamente, C22H31NO5S e C20H29NO5S. O anel de macrolactona da parte superior que contén dobres enlaces é unha característica estutural das moléculas de latrunculina. A cadea lateral contén unha aciltiazolidinona. Ademais destas formas que aparecen na natureza, os científicos produciron formas sintéticas con diferentes intensidades de toxicidade. Na figura móstranse algunhas destas formas e a súa capacidade relativa de alterar a actividade dos microfilamentos. As formas semisintéticas que conteñen  derivados N-alquilados eran inactivas.

 Mecanismo de acción 
As latrunculinas A e B afectan a polimerización da actina. A latrunculina únese aos monómeros de actina preto da fenda para a unión a nucleótidos cunha estequimetría de 1:1 e impide a polimerización da actina. Deste modo, os nucleótidos non poden disociarse da fenda para a unión aos nucleótidos.

A evidencia experimental mostra que a latruculina A é bioloxicamente activa no solvente DMSO, pero non en solucións acuosas, como se demostra en cultivos celulares e no tecido cerebral, probablemente debido á permeación celular.

Cando a formación de filamentos de actina está alterada debido á latrunculina, as toxinas Shiga da bacteria Escherichia coli teñen máis posibilidades de infiltrarse na monocapa do epitelio intestinal, o cal pode aumentar o risco de doenzas gastrointestinais.

Parece que os monómeros de actina teñen máis afinidade para unirse á latrunculina A que á latrunculina B. Noutras palabras, a latrunculina A é unha toxina máis potente. A latrunculina B é inactivada máis rapidamente que a A.

A prevención da polimerización dos filamentos de actina causa cambios reversibles na morfoloxía das células de mamíferos. A latranculina interfire coa estrutura do citoesqueleto en ratas.

Despois da exposición de fibroblastos L929 de rato á latrunculina B, estas células crecen máis, e as células renais PtK2 de Potorous (un marsupial) expostas producían extensións ramificadas longas. Estas extensións parecen ser acumulacións de monómeros de actina.

 Metabolismo 
As células de lévedos en ausencia das proteínas osh3 ou osh5 mostran hipersensibilidade á latrunculina B. As proteínas osh son homólogas dos encimas xerados polo xene OSBP dos mamíferos, o que indica que estas deben desempeñar unha función na toxicocinética das latrunculinas.

Os lévedos mutantes que son resistentes á latrunculina mostra unha mutación, D157E, que afecta a formación dunha ponte de hidróxeno coa latrunculina. Outros mutantes de levedos modifican o sitio de unión, o que os fai resistentes á latrunculina.

Non se fixeron investigacións para comprender como funciona a biotransformación da latrunculina en células eucariotas. Porén, os investigadores suxiren que é a forma inalterada da latrunculina a que causa efectos tóxicos.

 Toxicidade 
Como a latrunculina inhibe a polimerización da actina e a capacidade contráctil da actomiosina, a exposición á latrunculina pode causar relaxación celular, expansión dos tecidos de drenaxe e diminución da resistencia ao fluxo de escape, por exemplo na rede trabecular.

 Plantas 
A latrunculina B causa marcadas reducións dependentes da dose na frecuencia de xeminación do pole e na velocidade de crecemento do tubo polínico.

Adicionar latrunculina B a solucións de actina F do pole resulta na diminución rápida na cantidade total de polímero, cun aumento da extensión da despolimerización coa concentración da toxina. A concentración da latrunculina B necesaria para a inhibición á metade do máximo da xerminación do pole é de 40 a 50 nM. En contraste, a extensión do tubo polínico é moito máis sensible, necesitando soamente de 5 a 7 nM LATB para a inhibición á metade do máximo. A distorsión da xerminación e do crecemento do tubo polínico pola latrunculina B é parcialmente reversible a concentración baixa. (<30 nM).

 Animais 

Ao espremer a esponxa Latrunculia magnifica nun acuario con peixes, estes case inmediatamente experimentan axitación, seguida de hemorraxia, perda de equilibrio e morte en 4–6 minutos.

A latrunculina A utilizouse como inhibidor da reacción acrosómica en experimentos de laboratorio con coellos de Indias.

 Humanos 
A latrunculina A induce a redución da contractilidade da actomiosina. Isto está asociado coa expansión porosa da rede trabecular sen evidencias de que se reduzan a expresión das proteínas da matriz extracelular estruturais ou a viabilidade celular. A doses altas, a latrunculina pode inducir danos celulares agudos e morte celular programada ao activarse a vía da caspase-3/7.

 Doses letais 
TDLO = Menor dose tóxica publicada

LD50 = Dose letal media
IndicadorEspeciesDoseOral  TDLO Humanos1,14  ml/kg, 650 mg/kgOral  LD50Rata7,06 mg/kgOral  LD50Rato3,45  g/kg, 10,5 ml/kgOral  LD50Coello6,30 mg/kgInhalación  LC50Rata6h:  5,900 mg/m3

10h:  20.000 ppm Inhalación  LCLORato7h:  29.300 ppmInhalación  TCLOHumanos  20m:  2,500 mg/m3

30m:  1.800 ppmIrritación ocularCoello24h:  500 mgIrritación cutáneaCoello24h:  20 mg

 Aplicacións 

Na natureza as latrunculinas utilízanas as propias esponxas como mecanismos de defensa, e con ese mesmo propósito son secuestradas por nudibranquios.

As latrunculinas utilízanse en investigación básica e teñen posibles aplicacións médicas, xa que as latrunculinas e os seus derivados mostran actividades antianxióxenas, antiproliferativas, antimicrobianas e antimetastáticas.

 Mecanismos de defensa 

As esponxas, como moitos outros organismos sésiles, conteñen moitos metabolitos secundarios con propiedades tóxicas e a maioría deles, incluída a latrunculina, teñen un papel na defensa contra predadores, competidores e epibiontes.

Para as esponxas a latrunculina é inocua. Como medida conta a autointoxicación, manteñen a latrunculina dentro de vacúolos rodeados de membrana, que tamén funcionan como vesículas secretoras e de almacenamento. Estes vacúolos carecen de actina e impiden que a latrunculina entre no citosol, onde danaría a actina. Despois da súa produción nos coanocitos da esponxa, a latrunculina traspórtana os arqueocitos ás áreas vulnerables da esponxa onde se necesita defensa, como en partes danadas ou sitios en rexeneración.

 Secuestro por nudibranquios 
As lesmas mariñas do xénero Chromodoris secuestran como metabolitos defensivos diferentes tóxicos orixinados nas esponxas que eles comen, incluíndo a latrunculina. Transfiren selectivamente e almacenan latrunculina nos sitios do manto que están máis expostos a un posible predador. Pénsase que o sistema dixestivo dos nudibranquios xoga un importante papel na detoxificación.

En 2015 o descubrimento de que cinco lesmas mariñas estreitamente emparentadas do xéneros Chromodoris usan latrunculina como defensa, indica que o tóxico podería estar sendo utilizado como mimetismo mülleriano.

 Notas 

Categoría:Inhibidores da actina
Categoría:Compostos heterocíclicos
Categoría:Lactonas
Categoría:Tiazolidinas