Губки для токсинов могут защищать ядовитых лягушек и птиц от их собственных ядов

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), Стэнфордского университета и Калифорнийской академии наук (CAS) выяснили новые детали о том, как ядовитые лягушки и птицы избегают самоотравления. Их исследование, которое будет опубликовано 5 августа в Journal of General Physiology (JGP), предполагает, что вместо эволюции устойчивых версий белка-мишени для токсина, животные производят «губки для токсинов», которые могут связывать яд и предотвращать его смертельное действие.

Многие ядовитые животные защищаются от хищников токсинами, вызывающими паралич и остановку сердца. Они действуют, связываясь с потенциал-управляемыми натриевыми каналами — ключевыми белками, проводящими электрические импульсы в нейронах, мышцах и сердце. Например, батрахотоксин — чрезвычайно мощный токсин, нацеленный на натриевые каналы. Он обнаружен у ядовитых птиц Pitohui из Новой Гвинеи и нескольких видов ядовитых лягушек в Колумбии. Золотая листолаз (Phyllobates terribilis), по оценкам, несёт в кожных железах 1 миллиграмм батрахотоксина, чего достаточно, чтобы убить от 10 до 20 человек.

Несмотря на наличие собственных натриевых каналов, птицы Pitohui и ядовитые лягушки получают батрахотоксин из поедаемых насекомых и хранят яд длительное время. Как же они избегают самоотравления?

Одна из возможностей — эволюция устойчивых к батрахотоксину натриевых каналов. Однако, как отмечает профессор UCSF Дэниел Л. Майнор-младший, функциональных исследований натриевых каналов ядовитых лягушек или Pitohui не проводилось, поэтому оставалось неясным, полагаются ли эти животные на изменения в самих каналах или на альтернативные механизмы устойчивости.

В новом исследовании Майнор, постдок Файал Абдеремейн-Али, Джастин Дю Буа (Стэнфорд), Лорен О’Коннелл (Стэнфорд), Джек Дамбахер (CAS) и их коллеги показали, что у птиц Pitohui и лягушек P. terribilis нет устойчивых к батрахотоксину натриевых каналов. Сравнивая действие батрахотоксина с сакситоксином (известным паралитическим токсином моллюсков), учёные предположили, что эти ядовитые виды могут полагаться на белки-«губки», которые связывают токсины и предотвращают их взаимодействие с натриевыми каналами.

Команда выделила натриевые каналы из тканей Pitohui и P. terribilis и определила, что они высокочувствительны к батрахотоксину. Например, каналы лягушек были чувствительны к уровням батрахотоксина более чем в 10 раз ниже тех, что обнаружены у P. terribilis в дикой природе.

Ранее сообщалось, что мутация, найденная у некоторых ядовитых лягушек рядом с сайтом связывания батрахотоксина, может делать натриевые каналы крыс устойчивыми к токсину. Майнор и коллеги ввели эту мутацию в каналы Pitohui и P. terribilis и обнаружили, что она не придала каналам устойчивости к батрахотоксину. Более того, мутация нарушала функцию каналов даже в отсутствие яда. «В совокупности наши наблюдения ставят под сомнение идею, что мутация натриевых каналов является стратегией ауторезистентности к батрахотоксину для ядовитых птиц и лягушек, таких как P. terribilis», — говорит Майнор.

Абдеремейн-Али и соавторы предполагают, что работает альтернативный механизм ауторезистентности: животные производят белки-губки, которые связывают токсины и не дают им присоединиться к натриевым каналам. Действительно, они обнаружили, что хотя батрахотоксин связывается с выделенными натриевыми каналами лягушки, он, по-видимому, не взаимодействует с каналами при введении в живую ядовитую лягушку.

Белки, способные связывать батрахотоксин, ещё не идентифицированы. Однако лягушки-быки производят белок саксифилин, который может прочно связывать родственный яд сакситоксин. Майнор и коллеги обнаружили, что натриевые каналы, выделенные из P. terribilis, высокочувствительны к сакситоксину, но это действие обратимо в присутствии саксифилина.

«Это демонстрирует, что белки-губки с высоким сродством к токсину способны предотвращать действие низкомолекулярных токсинов, нацеленных на натриевые каналы, и поддерживает идею, что механизмы секвестрации токсинов могут защищать ядовитых животных от аутоинтоксикации», — говорит Абдеремейн-Али.

Майнор добавляет: «Эти стратегии связывания могут не только предлагать общий способ защиты от токсинов, но также действовать в путях, участвующих в безопасном транспорте и концентрации токсинов в ключевых защитных органах, таких как кожа. Понимание этих путей может привести к открытию антидотов против различных токсичных агентов».