Rycyna - molekularny Kuba Rozpruwacz

Rycyna jest białkiem pozyskiwanym z rośliny przypominającej mlecz. Zjedzenie jej kilku ziarenek prowadzi do śmierci. Wyjaśniamy, dlaczego się tak dzieje.


Rycyna - molekularny Kuba Rozpruwacz

Rycyna to białko czwartorzędowe należące do grupy lektyn, czyli białek wiążących cukry. Ma strukturę globularną, co skutkuje jej dobrą rozpuszczalnością w wodzie i słabą w rozpuszczalnikach organicznych. LD50 rycyny wynosi jedynie około 22 mikrogramów na kilogram masy ciała przy podaniu dożylnym lub inhalacji, czyli około 1,78 miligramów wystarczy, by uśmiercić dorosłego człowieka średniego wzrostu i wagi. Podanie doustne rycyny skutkuje o wiele mniej drastycznymi skutkami, ponieważ ulega ona w żołądku denaturacji pod wpływem kwasu chlorowodorowego (LD50 wynosi około 1 miligrama na kilogram masy ciała). Białko to składa się z dwóch łańcuchów peptydowych:‌‌‌‌

Łańcuch A (RTA) (Pfam: PF00161) jest glukozydazą (enzymem katalizującym reakcję hydrolizy wiązań glikozydowych) złożoną z 267 aminokwasów. Składa się z trzech obszarów, w których prawie połowa polipeptydów jest uformowana w struktury alfa helisy i beta harmonijki. Obszary te tworzą wcięcie, które jest miejscem aktywnym łańcucha A. To on jest aktywną toksyną degradującą rybosomy.‌‌‌‌

Łańcuch B (RTB) (Pfam: PF00652) to lektyna (enzymy wiążące się w swoim miejscu aktywnym z cukrami, biorą udział w aglutynacji - zlepianiu ze sobą pewnych komórek takich jak elementy morfotyczne) składającą się z 262 aminokwasów i zdolną do wiązania reszt galaktozowych znajdujących się na powierzchni komórek. RTB składa się, podobnie jak RTA, z gładkiego łańcucha zwiniętego w strukturę posiadającą na końcach, podobnie jak sztanga, dwóch płatków (domen). Płatki te dzielą się każdy na trzy podobszary i przynajmniej jeden z nich na każdej domenie posiada miejsce wiążące cukry, które daje łańcuchowi B jego zdolność do wiązania galaktozy.‌‌‌‌ Jęczmień zwyczajny posiada tylko łańcuch A, przez co nie jest toksyczny. Dopiero RTA i RTB połączone w jedno białko czwartorzędowe mogą wniknąć do komórki i spowodować uszkodzenia w rybosomach.‌‌‌‌

Działanie rycyny:

Łańcuch B wiąże się z resztami węglowodanów na powierzchni komórek eukariotycznych, z których wszystkie zawierają N-acetylogalaktozaminę lub reszty galaktozowe. Na dodatek glikany zawierające mannozę i wchodzące w skład rycyny są zdolne do wiązania się do komórek posiadających receptory mannozowe na swojej błonie. ‌‌Duża powierzchnia wiązania rycyny do błon biologicznych umożliwia przenikanie przez każdy rodzaj błony poprzez wciśnięcie się w nią podobnie jak plemnik w komórkę jajową. Toksyna może zostać związana przez pokryte klatryną wpuklenia błony, jak i przez niezależne od klatryny drogi takie jak kaweole (niewielkie - 50 do 100 nanometrów - wpuklenia błon komórek eukariotycznych) oraz wchłonięta na drodze pinocytozy.

Zostało udowodnione, że RTB wiąże się do błon komórkowych powierzchnią od 10^6 do 10^8 atomów. ‌‌Międzykomórkowe kanały transportują rycynę do endosomów, które są dostarczane do aparatu Golgiego. Uważa się, że aktywne wydzielanie enzymów przez endosomy nie ma większych skutków na funkcjonalne właściwości rycyny. Rycyna jest stabilna w szerokim wachlarzu pH, co sprawia, że ochrona zapewniana komórce przez endosomy i lizosomy okazuje się niewystarczająca. Uważa się, że cząstki rycyny są transportowane przez dyneinę po mikrotubulach razem z ciałkami wielkopęcherzykowymi do ciał neuronów. Następnie wnikają razem z innymi substancjami do aparatu Golgiego i z niego do siateczki śródplazmatycznej, gdzie bytują rybosomy.

W endoplazmatycznym retikulum (synonim siateczki śródplazmatycznej) RTA zostaje, przy udziale disulfidoizomerazy białek znajdującej się wewnątrz wspomnianego organellum, odszczepione od RTB. Sprawia to, że RTA zwalnia swoje miejsce aktywne, przy pomocy którego był połączony z łańcuchem B. Następnie wolna toksyna częściowo się rozwija i wnika do błony siateczki śródplazmatycznej, gdzie jest mylona ze źle zwiniętym białkiem błonowym. Wtedy do akcji wkraczają enzymy GRP94, EDEM oraz BiP, które odłączają RTA od błony retikulum endoplazmatycznego w celu zutylizowania go w procesie degradacji białek powiązanych z RE (z angielskiego “Endoplasmatic-reticulum-associated protein degradation” - ERAD) przy pomocy proteasomu. Odszczepienie RTA od błony RE odbywa się przy udziale połączonego z błoną siateczki śródplazmatycznej kopleksu E3 ligazy ubikwityny, ale rycyna unika ubikwitynacji, co zwykle dzieje się z substratami ERAD, które zawierają małą ilość reszt lizynowych, do których przyłącza się ubikwityna.

Takim sposobem łańcuch A rycyny unika losu większości białek zintegrowanych z błoną retikulum endoplazmatycznego. W cytoplazmie komórek ssaków RTA przechodzi pozytywnie selekcję przeprowadzaną przez białka opiekuńcze Hsc70 i Hsp90 oraz ich białka współopiekuńcze, a także przez podjednostkę RPT5 samego proteasomu. Skutkuje to przekształceniem struktury trzeciorzędowej miejsca aktywnego RTA tak, że umożliwia mu depurynację rybosomów, wstrzymując w ten sposób syntezę białek.‌‌‌‌ RTA posiada działanie glikohydrolazy rRNA, która to jest odpowiedzialna za rozrywanie wiązań glikozydowych w dużej podjednostce rybosomów eukariotycznych. RTA dokładnie i nieodwracalnie hydrolizuje wiązanie N-glikozydowe adeniny w pozycji A4324, która to pozycja jest zawarta w wysoko konserwatywnej sekwencji odnajdywanej u wszystkich eukariontów, w 28S rRNA, pozostawiając fosfodiestrowy szkielet rybosomalnego RNA nietknięty. Sekwencja 5’-AGUACGAGAGGA-3’  zwana też sarcyno-rycynową pętlą, jest istotna w wiązaniu czynników elongacyjnych podczas translacji mRNA na białka. Depurynacja szybko i całkowicie dezaktywuje rybosomy, czego skutkiem jest uznanie rycyny za toksyczną. RTA w ciągu minuty jest w stanie spowodować depurynację nawet tysiąca pięciuset rybosomów.

Dezaktywacja rybosomu przez RTA.

Źródła:

"What Makes Ricin So Deadly". Anthony Sabella. Retrieved 2013-04-24

Wright HT, Robertus JD (July 1987). "The intersubunit disulfide bridge of ricin is essential for cytotoxicity". Arch. Biochem. Biophys. 256 (1): 280–84

Lord MJ, Roberts LM (2005). "Ricin: structure, synthesis, and mode of action". In Raffael S, Schmitt M (eds.). Microbial Protein Toxins. Topics in Current Genetics. 11. Berlin: Springer. pp. 215–33

Olsnes S, Pihl A (July 1973). "Different biological properties of the two constituent polypeptide chains of ricin, a toxic protein inhibiting protein synthesis". Biochemistry. 12 (16): 3121–26

Wales R, Richardson PT, Roberts LM, Woodland HR, Lord JM (October 1991). "Mutational analysis of the galactose binding ability of recombinant ricin B chain". J. Biol. Chem. 266 (29): 19172–79

http://www.rcsb.org/pdb/results/results.do?tabtoshow=Current&qrid=799D25CF

"P02879 Ricin precursor – Ricinus communis (Castor bean)". UniProtKB. UniProt Consortium

Nichols BJ, Lippincott-Schwartz J (October 2001). "Endocytosis without clathrin coats". Trends Cell Biol. 11 (10): 406–12

Spooner RA, Watson PD, Marsden CJ, Smith DC, Moore KA, Cook JP, Lord JM, Roberts LM (October 2004). "Protein disulphide-isomerase reduces ricin to its A and B chains in the endoplasmic reticulum". Biochem. J. 383 (Pt 2): 285–93

Bellisola G, Fracasso G, Ippoliti R, Menestrina G, Rosén A, Soldà S, Udali S, Tomazzolli R, Tridente G, Colombatti M (May 2004). "Reductive activation of ricin and ricin A-chain immunotoxins by protein disulfide isomerase and thioredoxin reductase". Biochem. Pharmacol. 67 (9): 1721–31

Spooner RA, Hart PJ, Cook JP, Pietroni P, Rogon C, Höhfeld J, Roberts LM, Lord JM (November 2008). "Cytosolic chaperones influence the fate of a toxin dislocated from the endoplasmic reticulum". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (45): 17408–13

Deeks ED, Cook JP, Day PJ, Smith DC, Roberts LM, Lord JM (March 2002). "The low lysine content of ricin A chain reduces the risk of proteolytic degradation after translocation from the endoplasmic reticulum to the cytosol". Biochemistry. 41 (10): 3405–13

Pietroni P, Vasisht N, Cook JP, Roberts DM, Lord JM, Hartmann-Petersen R, Roberts LM, Spooner RA (April 2013). "The proteasome cap RPT5/Rpt5p subunit prevents aggregation of unfolded ricin A chain". Biochem. J. 453 (3): 435–45

Endo Y, Tsurugi K (June 1987). "RNA N-glycosidase activity of ricin A-chain. Mechanism of action of the toxic lectin ricin on eukaryotic ribosomes" (PDF). J. Biol. Chem. 262 (17): 8128–30

Sperti S, Montanaro L, Mattioli A, Stirpe F (November 1973). "Inhibition by ricin of protein synthesis in vitro: 60 S ribosomal subunit as the target of the toxin" (PDF). Biochem. J. 136 (3): 813–15

"CDC – The Emergency Response Safety and Health Database: Biotoxin: RICIN – NIOSH". cdc.gov. Retrieved 2015-12-31

Ujváry I (2010). Krieger R (ed.). Hayes´ Handbook of Pesticide Toxicology (Third ed.). Elsevier, Amsterdam. pp. 119–229

Wedin GP, Neal JS, Everson GW, Krenzelok EP (May 1986). "Castor bean poisoning". Am J Emerg Med. 4 (3): 259–61

"Permissible Toxin Amounts". National Select Agent Registry. Retrieved 28 June 2017

James A. Romano Jr., James A. Romano, Harry Salem, Brian J Lukey, Brian J. Lukey (2007). Chemical Warfare Agents: Chemistry, Pharmacology, Toxicology, and Therapeutics, Second Edition. CRC Press. p. 437. ISBN 978-1-4200-4662-5

Przemysław Grela, Monika Szajwaj, Patrycja Horbowicz-Drożdżal, Marek Tchórzewski “How Ricin Damages the Ribosome (review)” Department of Molecular Biology, Maria Curie-Skłodowska University, Akademicka 19, 20-033 Lublin, Poland, 27. 04. 2019


Subskrybuj nas: Google News | Feedly



Nauka bez tajemnic. Polub i obserwuj nas na Facebooku. Jesteśmy także na Twitterze. Zapraszamy na naszą grupę dyskusyjną.

WSPIERAJ NIEZALEŻNE DZIENNIKARSTWO