הרעלן α-bungarotoxin ( α-BTX, מקבוצת α-neurotoxins), הנמצא בבלוטות הארס של נחשים ארסיים אחדים, נקשר לקולטן הניקוטיני וחוסם אותו בפני קליטת אצטיל-כולין.
התת-יחידה α של הקולטן הניקוטיני בודדה מדג החשמל (Torpedo), מעכבר, מתרנגולת ומאדם, ונקבע בה רצף חומצות האמינו. החוקרים אף הצליחו לייצר פוליפפטיד מלאכותי, של 12 חומצות אמינו, המקביל לחומצות האמינו 196-185 של התת-יחידה של דג החשמל, ולהראות שהוא הפפטיד הקצר ביותר שנשמרים בו אתרי הקשירה של האצטיל-כולין והרעלן. אתרי הקשירה של האצטיל-כולין ושל הרעלן אינם זהים, אך יש ביניהם חפיפה - קיימים קולטנים הקושרים רק אצטיל-כולין ואינם קושרים רעלן: בידודה של התת-יחידה α משלושה נחשים - נחש הקוברה (Naja naja atra), חנק מצוי (Eryx jaculus) ונחש מים (Natrix tesselata) - הראה שבשלושתם אין הרעלן נקשר לתת-יחידה. אין זה מפתיע שנחש הקוברה הארסי יהיה עמיד בפני הארס הקטלני, אך מדוע שיהיו עמידים החנק המצוי ונחש המים, שאינם ארסיים?
שני יונקים טורפי נחשים, הנמייה והקיפוד, עמידים אף הם בפני α-BTX, עמידות שפיתחו, קרוב לוודאי, בתהליך הסתגלותם למזונם הרעיל. מנגנון העמידות בפני רעלן יכול לפעול בשתי דרכים: האחת כימית (פירוק או שינוי אחר של הרעלן) או אימונולוגית (יצירת נוגדנים), והאחרת - שינויים בקולטן לרעלן. כדי לבדוק את האפשרות הראשונה, הוזרק הרעלן לעכברים לאחר שרייה ממושכת בנסיוב של נמייה. הרעלן לא נוטרל והעכברים מתו. לחוקרים התברר שהתת-יחידה α של הקולטן שבודדה מהנמייה אינה קושרת את הרעלן אלא רק את הליגנד, כפי שזה בנחשים.
האם אפשר להסיק מהשוואת רצפי חומצות האמינו באתר הקשירה לליגנד הטבעי ולאנטגוניסט ביצורים שונים, עמידים ולא-עמידים, על מנגנון העמידות בפני הרעלן?
הטבלה שלפניכם מציגה את את הרצפים של חומצות האמינו באזור הקשירה ביצורים שונים:
| 185 | 186 | 187 | 188 | 189 | 190 | 191 | 192 | 193 | 194 | 195 | 196 | קשירה לרעלן | ||
| נחש מים | Trp | His | Ser | Val | Asn | Tyr | Ser | Cys | Cys | Leu | Asp | Thr | אינו קושר | לא ארסי |
| חנק מצוי | Trp | His | Ser | Val | Asn | Tyr | Ser | Cys | Cys | Leu | Asp | Thr | אינו קושר | לא ארסי |
| קוברה | Trp | His | Ser | Val | Asn | Tyr | Ser | Cys | Cys | Leu | Asp | Thr | אינו קושר | ארסי |
| נמייה | Lys | His | Asn | Val | Thr | Tyr | Ala | Cys | Cys | Leu | Thr | Thr | אינו קושר | |
| עכבר | Lys | His | Trp | Val | Phe | Tyr | Thr | Cys | Cys | Pro | Thr | Thr | קושר | |
| פרה | Lys | His | Trp | Val | Phe | Tyr | Ala | Cys | Cys | Pro | Ser | Thr | קושר | |
| אדם | Lys | His | Ser | Val | Thr | Tyr | Ser | Cys | Cys | Pro | Asp | Thr | קושר | |
| דג החשמל | Lys | His | Trp | Val | Tyr | Tyr | Thr | Cys | Cys | Pro | Asp | Thr | קושר | |
| תרנגולת | Lys | His | Trp | Val | Tyr | Tyr | Thr | Cys | Cys | Pro | Asp | Thr | קושר |
חומצות האמינו המשותפות לכל הרצפים המוצגים בטבלה הן ההיסטידין (בעמדה 186) ושני הציסטאינים (בעמדות 192 ו-193). האם יוצרות שלוש חומצות האמינו האלה, את אתר הקשירה לליגנד?
הבדל חשוב בין שתי קבוצות היצורים קיים בעמדה 194: בכל היצורים הרגישים לרעלן יש בעמדה זו פרולין, ואילו ביצורים העמידים לרעלן יש באותה עמדה לויצין. שינוי זה עשוי לגרום לשינוי ניכר במבנה המרחבי. הממצא זה מאשש את האפשרות שהפרולין היא חלק מאתר הקישור של הרעלן.
מאחר שהנמייה היא היונק היחיד העמיד לרעלן (הקיפוד, העמיד גם הוא, לא נחקר בעבודות האלה), השוואה בין הרצף של הנמייה לרצפיהם של יונקים אחרים עשויה ללמד על הסיבה להבדל. על-פי הטבלה, הרצף של הנמייה נבדל מהרצף של העכבר בעמדות 187, 189 ו-191 (נוסף על השינוי שבעמדה 194). השינויים בעמדות 187 ו-189 גם הם חשובים: חומצות אמינו ארומטיות (טריפטופן ופניל-אלנין) ביונקים הקושרים את הרעלן, לעומת חומצות אמינו לא-ארומטיות (אספרגין ותראונין) ביונקים העמידים לרעלן. החלפת הטירוזין שבעמדה 187 בדג החשמל באלנין או בגליצין מונעת לחלוטין את קשירת הרעלן. מנתונים אלה, ומנתונים אחרים, הסיקו החוקרים שפרולין בעמדה 194, חומצת אמינו ארומטית בעמדה 189 וטריפטופן בעמדה 187 הן שמונעות את קשירת הרעלן לתת-היחידה.
ומה לכל זה ולאבולוציה? החוקרים סבורים שהנחשים הראשונים היו נחשים ארסיים שפיתחו את מנגנון ההגנה נגד ארסם שלהם, ומהם התפתחו הנחשים הלא-ארסיים, ששמרו במהלך הדורות על העמידות בפני הרעלן אף שכבר לא ייצרו אותו.
הנמייה פיתחה את מנגנון הההגנה שלה בפני הארס באופן בלתי-תלוי, ונראה שבמהלך האבולוציה שרדו רק הנמיות שפיתחו את העמידות לרעלן.
הערה: נחשים נפגעים לפעמים מהארס שלהם או מארסם של נחשים אחרים, אך אין מדובר כאן בנירוטוקסינים, אלא בציטוטוקסינים או בסוגי רעלנים אחרים, ייחודיים פחות.
מקורות:
- Fuchs S. et al., (1993): Molecular evolution of the binding site of the acetylcholine receptor. Anna. NY Acad. Sci. pp.126-139.
- Barchan D. et al., (1992): How the mongoose can fight the snake: The binding site of the acetyl choline receptor. Proc. Natl. Acad Sci. USA, 89, 27-31.
