黑寡妇蜘蛛是最可怕的蜘蛛种类之一。 它的毒液是一种由七种不同毒素组成的鸡尾酒，可以攻击神经系统。 这些所谓的潜伏毒素专门麻痹昆虫和甲壳类动物。 然而，其中一种毒素α-乳毒素专门针对脊椎动物，对人类有毒。 它能破坏神经信号的传递，从而产生有害影响。
黑寡妇蜘蛛的α-脂肪毒素通过在神经细胞中形成钙通道来破坏神经信号，从而导致肌肉痉挛。 明斯特大学的研究利用先进的显微镜揭示了这种毒素的复杂机理，有望应用于医学和生物技术领域。
一旦α-乳毒素与神经细胞之间或神经细胞与肌肉之间的突触的特定受体结合，钙离子就会不受控制地流入信号细胞的突触前膜。 这会诱导神经递质的释放，引发肌肉强烈收缩和痉挛。
尽管这一过程看似简单，但其背后的机制却非常复杂。 明斯特大学（University of Münster）（德国）的科学家们现在以接近原子的分辨率破译了α-拉托毒素插入膜前后的结构。
该研究的通讯作者： Christos Gatsogiannis 教授（左）和 Andreas Heuer 教授。 图片来源：明斯特大学 - Elisa Schulze-Averbeck
为了更好地了解钙离子流入突触前膜的机制，明斯特大学软纳米科学中心的专家们在 Christos Gatsogiannis 教授（医学物理与生物物理研究所）和 Andreas Heuer 教授（物理化学研究所）的领导下，利用高性能低温电子显微镜（cryo-EM）和分子动力学（MD）计算机模拟进行了研究。
他们发现，毒素与受体结合后会发生显著的转变。 毒性分子的一部分形成一个柄，像注射器一样穿透细胞膜。 作为一种特殊功能，该柄在细胞膜上形成一个小孔，起到钙离子通道的作用。 MD 模拟显示，钙离子可以通过位于小孔正上方一侧的选择性闸门流入细胞。
当α-乳毒素与信号细胞突触前膜的受体结合后，它就会发生转变：部分分子形成一个柄，穿透细胞膜（"膜插入"，右图）。 作为一种特殊功能，这种柄在膜上形成一个小孔，起到钙通道的作用。 MD 模拟显示，钙离子（Ca2+ 离子）通过小孔正上方的横向选择门进入细胞。 资料来源：明斯特大学 - Gatsogiannis 小组
有了这些研究成果，研究人员现在可以更好地理解α-拉特罗毒素是如何起作用的。Christos Gatsogiannis 解释说："这种毒素以非常复杂的方式模拟突触前膜钙通道的功能。因此，它在各个方面都不同于之前已知的所有毒素。 新发现开辟了广泛的潜在应用领域；潜伏毒素具有相当大的生物技术潜力，包括开发改良解毒剂、麻痹治疗剂和新型生物杀虫剂。"
研究成果刚刚发表在Nature Communications杂志上。 在之前的工作中，克里斯托斯-加措吉安尼斯领导的研究小组已经破译了黑寡妇蜘蛛毒液中昆虫特异性潜伏毒素插入膜前的结构。
编译自/SciTechDaily