פיקרוטוקסין

פיקרוטוקסין (Picrotoxin) הוא רעלן צמחי גבישי המתקבל מפירות הצמח Anamirta cocculus ממשפחת ה-Menispermaceae (משפחת הירח). הוא משמש בעיקר ככלי מחקר במדעי המוח, והיה בשימוש היסטורי כממריץ מערכת העצבים המרכזית וכנוגד לרעל בהרעלות על ידי ברביטורטים. פיקרוטוקסין ידוע כאנטגוניסט לא-תחרותי (non-competitive antagonist) אב-טיפוסי של קולטני GABA_A, הקולטנים המעכבים העיקריים במערכת העצבים.

השם "פיקרוטוקסין" הוא שילוב של המילים היווניות "picros" (מר) ו-"toxicon" (רעל).

היסטוריה

פיקרוטוקסין בודד לראשונה על ידי הרוקח והכימאי הצרפתי Pierre François Guillaume Boullay (1777-1869) בשנת 1812. לפיקרוטוקסין היסטוריה מעניינת כתרופה וככלי מחקר - רבים מהחומרים הטבעיים והסינתטיים הגורמים לעוויתות, שהם גם חוסמי עיכוב מתווך GABA, היו בשימושים מפורסמים כממריצים, כגורמי עוויתות, כחומרי לחימה כימית וכקוטלי חרקים.

פיקרוטוקסין והקרובים אליו כימית - טוטין (tutin) וקוריאמירטין (coriamyrtin) מצמח ה-tutu הניו זילנדי Coriaria arborea, הידוע כ"עשב משוגע" שגרם להרעלות מזדמנות בפרות ואפילו בבני אדם - הוכחו כממריצים ועלולים לגרום לעוויתות טוניות-קלוניות במינונים נמוכים יחסית.

פיקרוטוקסין היה רשום במרק אינדקס עד שנות ה-1970 כ"נוגד להרעלת יתר בברביטורטים". הוא הוכח כאנטגוניסט למסלולים מעכבים במערכת העצבים המופעלים על ידי GABA, ותרופות משפרות-GABA כמו ברביטורטים ובנזודיאזפינים הופכות את פעולתו.

מבנה כימי

פיקרוטוקסין הוא תערובת שווה-מולרית (1:1) של שתי תרכובות:
 פיקרוטוקסינין (Picrotoxinin) - C₁₅H₁₆O₆ (CAS# 17617-45-7) - המרכיב הפעיל ביולוגית
 פיקרוטין (Picrotin) - C₁₅H₁₈O₇ (CAS# 21416-53-5) - פחות פעיל

המשקל המולקולרי של התערובת הוא 602.586 דלטון.

מבחינה מבנית, פיקרוטוקסינין אינו דומה ל־GABA, שהוא חומצת אמינו פשוטה וקטנה, אלא הוא תרכובת פוליציקלית ללא אטום חנקן. למרות זאת, הוא מצליח למנוע זרימת יונים דרך תעלת הכלוריד המופעלת על ידי GABA בקולטן GABA_A.

פרמקולוגיה
מנגנון הפעולה
פיקרוטוקסין פועל כאנטגוניסט לא-תחרותי של קולטני GABA_A, הקולטנים האחראים על העברה עצבית מעכבת (מהירה וטונית) במערכת העצבים. בניגוד לאנטגוניסט התחרותי ביקוקולין (bicuculline), פיקרוטוקסין פועל לא באתר הזיהוי של GABA אלא בתוך תעלת היונים עצמה.

המנגנון המפורט:

 חסימת תעלת כלוריד: פיקרוטוקסין אנטגוניסט ישירות לתעלת קולטן GABA_A, שהיא תעלת יונים בשער ליגנד העוסקת בעיקר בהעברת יוני כלוריד דרך ממברנת התא.
 מניעת חדירות כלוריד: פיקרוטוקסין מונע את חדירות תעלת ה-Cl⁻ ובכך מקדם השפעה מעכבת על הנוירון המטרה.
 הפחתת מוליכות: פיקרוטוקסין מפחית את המוליכות דרך התעלה על ידי הפחתת לא רק תדירות הפתיחה אלא גם את זמן הפתיחה הממוצע.

קישור לקולטן
מחקרים אלקטרופיזיולוגיים הראו כי פיקרוטוקסין "נקשר באופן עדיף לצורה קשורת-אגוניסט של הקולטן". זה אומר שאפילו בנוכחות ריכוזים נמוכים של פיקרוטוקסין, התגובה של נוירונים ל-GABA מופחתת.

המחקר מצא ש:
 פיקרוטוקסין לא שינה את הקבועים הספקטרליים או את המוליכות של תעלה בודדת
 פיקרוטוקסין הפחית את תדירות פתיחות התעלות
 קצב תחילת החסימה על ידי פיקרוטוקסין הואץ בנוכחות GABA

מיקום האתר הפרמקולוגי
מחקרים מבניים הראו שפיקרוטוקסין נקשר בתוך לומן התעלה (channel lumen) של קולטני GABA_A, גליצין ו-RDL. האתר ממוקם ליד שאריות 2′-9′ בסליל אלפא של התחום הטרנסממברני TM2/תעלה.

זיהוי של מוטציה נקודתית בתעלת כלוריד מופעלת-GABA של Drosophila melanogaster (RDL; תוצר ה-"resistance to dieldrin locus") סיפק ראיה ראשונה למיקום אפשרי של אתר הפיקרוטוקסינין בתוך לומן התעלה.

קולטנים נוספים
בנוסף לקולטני GABA_A, פיקרוטוקסין גם:
 אנטגוניסט לקולטני GABA_C (הנקראים גם קולטני GABA_A-rho)
 אנטגוניסט לקולטני גליצין
 חוסם תעלות יונים מווסתות ליגנד אחרות כמו קולטן 5-HT3

קולטני ρ-תת-יחידה המכילים GABA, הנמצאים בשפע ברשתית, הם ייחודיים פרמקולוגית. הם עמידים לפעולת העיכוב של ביקוקולין, אך נשארים רגישים לחסימה על ידי פיקרוטוקסין.

רעילות

פיקרוטוקסין רעיל ביותר לדגים ולבני אדם, כמו גם למכרסמים ויונקים אחרים. לפי ה-Register of Toxic Effects of Chemical Substances, ה-LDLo (המינון הקטלני הנמוך ביותר שדווח) הוא 0.357 מ"ג/ק"ג.

במתן דרך הפה בעכברים: LD₅₀ = 15 מ"ג/ק"ג. במינונים גדולים זהו רעל חזק הגורם לאובדן הכרה, דליריום, עוויתות, גסטרו-אנטריטיס וגירוי של מרכז הנשימה ואחריו שיתוק, שממנו לעיתים נגרם מוות.

תסמיני הרעלה
תסמיני הרעלת פיקרוטוקסין כוללים:
 שיעול
 קושי בנשימה
 כאב ראש
 סחרחורת
 בלבול
 מצוקה במערכת העיכול
 בחילות או הקאות
 שינויים בקצב הלב ובלחץ הדם
 עוויתות

השפעות על המינון
עוצמת העוויתות תלוית-מינון:
 0.4-0.6 מ"ג/ק"ג - גלים איטיים
 0.7-0.9 מ"ג/ק"ג - קומפלקסים של spike-and-wave
 1.0-2.0 מ"ג/ק"ג - התקפים מסוג "grand mal" בארנבים
 תחילת ההשפעה מתעכבת ב-10–20 דקות

שימושים
מחקר מדעי
כיום, פיקרוטוקסין משמש בעיקר ככלי מחקר בנוירוביולוגיה. שימושי מחקר כוללים:
 לימוד קולטני GABA_A - הזיהוי של ליגנדים רדיואקטיביים בעלי זיקה גבוהה לאתר הקישור של פיקרוטוקסין (כמו [³H]dihydropicrotoxin ו-[³⁵S]TBPS) הוביל למחקרים רבים החוקרים את הפרמקולוגיה של אתר קישור זה
 מודלים של אפילפסיה - הזרקה תת-עורית של פיקרוטוקסין בעכברים גורמת לעוויתות קלוניות והיא משמשת לסקר תרופות נגד התקפים פוטנציאליות
 מודל התקפים ב-Drosophila - האכלת זבובים בפיקרוטוקסין משמשת כמודל התקפים לסקר תרופות נוגדות עוויתות בתפוקה גבוהה

שימושים קליניים היסטוריים
בעבר, פיקרוטוקסין שימש ל:
 ממריץ מערכת העצבים המרכזית
 נוגד להרעלת ברביטורטים - במיוחד בהרעלות יתר
 הקלה במצוקה נשימתית

שימושים אחרים
 קוטל חרקים וקוטל כינים - למרות שאינו נפוץ, פיקרוטוקסין יעיל כקוטל חרקים
 הוספה לבירה - במאה ה-19, נעשה שימוש בפיקרוטוקסין בהכנת "hard multum", שהתווסף לבירה כדי להפוך אותה למשכרת יותר. מכינה זו הוצאה מאז מחוץ לחוק>
 משפר ביצועים בסוסים - למרות רעילותו הפוטנציאלית ליונקים במינונים גדולים, פיקרוטוקסין משמש לעיתים גם כמשפר ביצועים בסוסים. הוא מסווג כ"חומר Class I" לא חוקי על ידי ה-American Quarter Horse Association

מחקר מתקדם
קשר למשבשי קולטנים אחרים
מחקרים הראו שמגוון רחב של חומרים בעלי מבנים מגוונים מאוד יכולים לפעול באותו אתר בחלבון הקולטן GABA_A בתוך תעלת היונים:

דוגמאות לחומרים הפועלים באתר פיקרוטוקסין:
 קוטלי חרקים - דילדרין (dieldrin), לינדן (lindane), פיפרוניל (fipronil) - חומרים שהופצו בכמויות עצומות לסביבה עם השפעה כלכלית חקלאית משמעותית
 עוויתות ניסיוניות - pentylenetetrazol
 טוקסינים טבעיים - תוג'ון (thujone), מרכיב בשמן לענה הנמצא במשקה האבסינט
 t-butyl bicyclophosphorothionate (TBPS) - כלי מחקר מרכזי המשמש למדידת קולטני GABA_A באמצעות קישור רדיוליגנד

מודולציה אלוסטרית
פיקרוטוקסין נחשב לדוגמה מצוינת למודולציה אלוסטרית, שהיא חשובה ביותר בתפקוד חלבונים באופן כללי ובמיוחד עבור קולטני GABA_A. התקדמות עדכנית במודלים מבניים של קולטני GABA_A עקבית עם פעולת פיקרוטוקסין ועוויתות אנלוגיות כאנטגוניסטים לא-תחרותיים.

מחקר על אתרי קישור משניים
מחקר משנת 2013 זיהה אתר קישור משני אפשרי לפיקרוטוקסין על הקולטן GABA_A, הממוקם בממשק בין התחום הקושר-ליגנד לבין התחום הטרנסממברני.

קישורים חיצוניים

 Picrotoxin - DrugBank
 Picrotoxin-like channel blockers of GABAA receptors - PNAS
 Picrotoxin - ChemIDplus

הערות שוליים

קטגוריה:פרמקולוגיה