nörotoksin -Neurotoxin

Nörotoksinler, alg çiçeklerinde bulunabilen veya kıyıda yeşil bir pislik içinde yıkanabilen bazı siyanobakteri türleri de dahil olmak üzere bir dizi organizmada bulunabilir .

Nörotoksinler , sinir dokusuna zarar veren ( nörotoksisiteye neden olan) toksinlerdir . Nörotoksinler , hem gelişmekte olan hem de olgun sinir dokusunda işlevi olumsuz etkileyebilen kapsamlı bir eksojen kimyasal nörolojik hasar sınıfıdır . Terim ayrıca, anormal şekilde temas ettiğinde nörolojik olarak toksik olabilen endojen bileşikleri sınıflandırmak için de kullanılabilir . Nörotoksinler genellikle nörolojik olarak yıkıcı olsalar da, sinir sistemlerinin incelenmesinde özellikle nöral bileşenleri hedefleme yetenekleri önemlidir. Nörotoksinlerin yaygın örnekleri arasında kurşun , etanol (alkol içmek), glutamat , nitrik oksit , botulinum toksini (örn. Botoks), tetanoz toksini ve tetrodotoksin yer alır . Nitrik oksit ve glutamat gibi bazı maddeler aslında vücudun düzgün çalışması için gereklidir ve yalnızca aşırı konsantrasyonlarda nörotoksik etkiler gösterir.

Nörotoksinler, hücre zarı boyunca iyon konsantrasyonları üzerindeki nöron kontrolünü veya bir sinaps boyunca nöronlar arasındaki iletişimi engeller . Nörotoksine maruz kalmanın yerel patolojisi genellikle nöron eksitotoksisitesini veya apoptozu içerir ancak glial hücre hasarını da içerebilir . Nörotoksin maruziyetinin makroskopik belirtileri , zihinsel yetersizlik , kalıcı hafıza bozuklukları, epilepsi ve bunama gibi yaygın merkezi sinir sistemi hasarını içerebilir . Ek olarak, nöropati veya miyopati gibi nörotoksin aracılı periferik sinir sistemi hasarı yaygındır. Antioksidan ve antitoksin uygulaması gibi nörotoksin aracılı hasarı hafifletmeyi amaçlayan bir dizi tedavi için destek gösterilmiştir .

Arka plan

Tam etiketli nöron.
Tipik çok kutuplu nöron çizimi

Medeniyetler binlerce yıldır nörolojik olarak yıkıcı bileşiklere maruz kaldığından, toplumda nörotoksinlere maruz kalma yeni değildir. Dikkate değer bir örnek, Roma İmparatorluğu sırasında, kapsamlı sıhhi tesisat ağlarının geliştirilmesinden ve onu tatlandırmak için sirkeli şarabı kurşun tavalarda kaynatma alışkanlığından kaynaklanan olası önemli kurşun maruziyetidir ; bu süreç, "kurşun şekeri" olarak bilinen kurşun asetat üretir. Kısmen nörotoksinler, sinir sisteminin kırılgan ve duyarlı doğası nedeniyle insanlık tarihinin bir parçası olmuştur ve bu da onu bozulmaya oldukça yatkın hale getirir.

Beyinde , omurilikte ve çevrede bulunan sinir dokusu , bireylerin benzersiz özelliklerinin birçoğunu büyük ölçüde tanımlayan olağanüstü derecede karmaşık bir biyolojik sistem içerir. Bununla birlikte, herhangi bir son derece karmaşık sistemde olduğu gibi, ortamındaki küçük bozulmalar bile önemli işlevsel aksamalara yol açabilir. Sinir dokusunun duyarlılığına yol açan özellikler arasında, nöronların yüksek bir yüzey alanı, lipofilik toksinleri tutan yüksek bir lipid içeriği , etkili toksin maruziyetinin artmasına neden olan beyne yüksek kan akışı ve bir bireyin yaşamı boyunca nöronların kalıcılığına yol açarak bileşiklere yol açması yer alır. hasarların. Sonuç olarak, sinir sistemi, kan beyin bariyeri de dahil olmak üzere, onu iç ve dış saldırılardan korumak için tasarlanmış bir dizi mekanizmaya sahiptir.

Kan -beyin bariyeri (BBB), toksinlerin ve diğer olumsuz bileşiklerin beyne ulaşmasını önleyen kritik bir koruma örneğidir. Beyin, besin girişi ve atık giderme gerektirdiğinden, kan akışı ile perfüze edilir. Bununla birlikte kan, sinir dokusuna ulaşırsa önemli nöron ölümüne neden olacak bir dizi sindirilmiş toksin taşıyabilir. Böylece, astrositler olarak adlandırılan koruyucu hücreler beyindeki kılcal damarları çevreler ve kandaki besinleri emer ve daha sonra bunları nöronlara taşıyarak beyni bir dizi potansiyel kimyasal saldırıdan etkili bir şekilde izole eder.

Kan beyin bariyeri.
Kan beyin bariyerini oluşturmak için beyindeki kılcal damarları çevreleyen astrositler

Bu bariyer , beyindeki kılcal damarların çevresinde sıkı bir hidrofobik tabaka oluşturarak büyük veya hidrofilik bileşiklerin taşınmasını engeller. BBB'ye ek olarak, koroid pleksus beyinde toksin emilimine karşı bir koruma tabakası sağlar. Koroid pleksuslar, ependimal hücrelerinin işlevi yoluyla beyin omurilik sıvısının (BOS) sentezinden sorumlu olan, beynin üçüncü, dördüncü ve yan karıncıklarında bulunan vaskülarize doku katmanlarıdır . Daha da önemlisi, iyonların ve besin maddelerinin seçici geçişi ve kurşun gibi ağır metallerin tutulması yoluyla koroid pleksuslar, beyin ve omuriliği içeren sıkı bir şekilde düzenlenmiş bir ortam sağlar.

Koroid pleksus.
koroid pleksus

Hidrofobik ve küçük olmaları veya astrosit fonksiyonunu inhibe etmeleri nedeniyle, belirli nörotoksinler dahil olmak üzere bazı bileşikler beyne nüfuz edebilir ve önemli hasara neden olabilir. Modern zamanlarda, bilim adamları ve hekimler nörotoksinleri belirleme ve tedavi etme zorluğuyla karşı karşıya kalmışlardır, bu da hem nörotoksikoloji araştırmalarına hem de klinik araştırmalara artan bir ilgiyle sonuçlanmıştır. Klinik nörotoksikoloji büyük ölçüde gelişmekte olan bir alan olsa da, birçok çevresel nörotoksinin tanımlanmasında, bilinen 750 ila 1000 potansiyel olarak nörotoksik bileşiğin sınıflandırılmasına yol açan kapsamlı ilerlemeler kaydedilmiştir. Yaygın ortamlarda nörotoksin bulmanın kritik önemi nedeniyle, Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından bileşiklerin nörotoksik etkilerinin test edilmesi ve belirlenmesi için özel protokoller geliştirilmiştir (USEPA 1998). Ek olarak, geçmişin daha yaygın olan in vivo sistemlerine göre önemli gelişmeler sağladıkları için in vitro sistemlerin kullanımı artmıştır . İyileştirme örnekleri arasında izlenebilir, tekdüze ortamlar ve sistemik metabolizmanın kirletici etkilerinin ortadan kaldırılması yer alır. Bununla birlikte, in vitro sistemler, BBB'yi oluştururken destekleyici astrositler ve nöronlar arasındaki etkileşimler gibi sinir sisteminin karmaşıklıklarını düzgün bir şekilde kopyalamanın zor olması nedeniyle sorunlar sunmuştur. İn vitro test ederken nörotoksinleri belirleme sürecini daha da karmaşık hale getirmek için, nörotoksisite ve sitotoksisiteyi ayırt etmek zor olabilir, çünkü nöronları doğrudan bileşiklere maruz bırakmak, in vitro olduğu için in vivo olarak mümkün olmayabilir. Ek olarak, hücrelerin kimyasallara tepkisi, nörotoksinler ve sitotoksinler arasındaki ayrımı doğru bir şekilde ifade etmeyebilir, çünkü her ikisine de yanıt olarak oksidatif stres veya iskelet değişiklikleri meydana gelebilir.

Bu komplikasyonu ele alma çabası içinde, uygulanan bileşiklere yanıt olarak nörit büyümeleri (aksonal veya dendritik) son zamanlarda bir in vitro test ortamında gerçek nörotoksinler ve sitotoksinler arasında daha doğru bir ayrım olarak önerilmiştir . Bununla birlikte, bu süreçle ilgili önemli yanlışlıklar nedeniyle, yaygın destek kazanmakta yavaş olmuştur. Ek olarak, biyokimyasal mekanizmalar, nörotoksin testinde daha yaygın bir şekilde kullanılmaya başlandı, öyle ki, bileşikler, organofosfatların ( DDT ve sarin gazı içerir ) asetilkolinesteraz kapasitesinin inhibisyonu gibi, hücre mekanizması girişimini indüklemek için yeterlilik açısından taranabilir . Nörotoksisiteyi belirleme yöntemleri hala önemli bir gelişme gerektirse de, zararlı bileşiklerin ve toksine maruz kalma semptomlarının tanımlanmasında önemli gelişmeler olmuştur.

Sinirbilimdeki uygulamalar

Kimyasal özellikler ve işlevler açısından farklı olmalarına rağmen, nörotoksinler, sinir sistemi içindeki gerekli bileşenlerin bozulmasına veya yok olmasına yol açan bazı mekanizmalarla hareket etmeleri gibi ortak bir özelliği paylaşırlar . Bununla birlikte nörotoksinler, tasarımları gereği nörobilim alanında çok yararlı olabilir . Çoğu organizmadaki sinir sistemi hem oldukça karmaşık hem de hayatta kalmak için gerekli olduğundan, doğal olarak hem avcıların hem de avların saldırılarına hedef olmuştur. Zehirli organizmalar genellikle bir avcıyı bastırmak veya çok hızlı bir şekilde avlanmak için nörotoksinlerini kullandıklarından, toksinler diğer hedefleri kolayca bağlamayacak şekilde hedef kanallarına oldukça spesifik olacak şekilde evrimleşmiştir (bkz. İyon Kanalı toksinleri ). Bu itibarla nörotoksinler, sinir sisteminin belirli unsurlarının doğru ve verimli bir şekilde hedeflenebileceği etkili bir yol sağlar. Nörotoksin bazlı hedeflemenin erken bir örneği, sodyum kanallarını tahlil etmek ve sinir zarları boyunca konsantrasyonları hakkında kesin ölçümler elde etmek için radyoaktif işaretli tetrodotoksin kullandı . Benzer şekilde, belirli kanal aktivitelerinin izolasyonu yoluyla, nörotoksinler, tek jenerik sodyum ve potasyum kanallarının çoğu sinir dokusu işlevini açıklayabileceğinin teorileştirildiği nöronun orijinal Hodgkin-Huxley modelini geliştirme yeteneği sağlamıştır . Bu temel anlayıştan, tetrodotoksin, tetraetilamonyum ve bungarotoksinler gibi yaygın bileşiklerin kullanımı, bireysel nöronların davranabileceği farklı yolların çok daha derin bir şekilde anlaşılmasına yol açmıştır.

aktivite mekanizmaları

Nörotoksinler, sinir sistemini olumsuz etkileyen bileşikler olduğundan, işlev gördükleri bir dizi mekanizma, nöron hücresel süreçlerinin inhibisyonu yoluyla gerçekleşir. Bu engellenen süreçler, zar depolarizasyon mekanizmalarından nöronlar arası iletişime kadar değişebilir . Nörotoksinler, nöronların beklenen hücre içi işlevlerini yerine getirme veya komşu bir hücreye bir sinyal iletme yeteneğini engelleyerek, botulinum toksini durumunda olduğu gibi sistemik sinir sistemi tutuklamasına ve hatta sinir dokusu ölümüne neden olabilir. Nörotoksin maruziyeti üzerine semptomların başlaması için gereken süre, farklı toksinler arasında değişebilir; botulinum toksini için saatler ve kurşun için yıllar mertebesindedir.

Nörotoksin sınıflandırması nörotoksinler
Na kanal inhibitörleri Tetrodotoksin
K kanal inhibitörleri tetraetilamonyum
Cl kanal inhibitörleri klorotoksin _
Ca kanal inhibitörleri konotoksin
Sinaptik vezikül salınımının inhibitörleri botulinum toksini ,

tetanoz toksini

Kan beyin bariyeri inhibitörleri alüminyum _

Merkür

Reseptör inhibitörleri/antagonistleri Bungarotoksin ,

Kür

Reseptör agonistleri Anatoksin-a ,

karamboxin ,

25I-NBOMe ,

JWH-018 ,

5-MEO-DiPT

Hücre iskeleti girişimi amonyak _

Arsenik

Ca aracılı sitotoksisite Yol göstermek
Çoklu efektler etanol _

N-Heksan ,

Metanol

Reseptör seçici nörotoksinler + _
Endojen nörotoksin kaynakları nitrik oksit ,

glutamat ,

Dopamin

inhibitörler

sodyum kanalı

Tetrodotoksin
Kirpi balığı.
Kirpi balığı, ölümcül miktarlarda tetrodotoksin taşımasıyla bilinir.

Tetrodotoksin (TTX) , kirpi balığı , okyanus güneş balığı ve kirpi balığını içeren Tetraodontiformes takımına ait organizmalar tarafından üretilen bir zehirdir . Kirpi balığı içinde, TTX karaciğerde , gonadlarda , bağırsaklarda ve deride bulunur . TTX tüketilirse ölümcül olabilir ve birçok ülkede yaygın bir zehirlenme şekli haline gelmiştir. TTX tüketiminin yaygın semptomları arasında parestezi (genellikle ağız ve uzuvlarla sınırlı ), kas zayıflığı, mide bulantısı ve kusma yer alır ve genellikle yutulduktan sonraki 30 dakika içinde ortaya çıkar . TTX'in toksik olduğu birincil mekanizma, nöron iletişiminin fonksiyonel kapasitesini azaltan sodyum kanal fonksiyonunun inhibisyonudur. Bu inhibisyon, büyük ölçüde, nöron aksiyon potansiyellerinin depolarizasyon fazını yönlendiren sodyum akımından büyük ölçüde sorumlu olan TTX'e duyarlı (TTX'ler) olarak bilinen sodyum kanallarının duyarlı bir alt kümesini büyük ölçüde etkiler .

Tetrodotoksin zehirlenmesinde inhibe edilmiş sinyal.
Nöronun tetrodotoksine maruz kalmasından kaynaklanan inhibe edilmiş sinyal tepkisi.

TTX-dirençli (TTX-r), TTX'e karşı sınırlı duyarlılığa sahip başka bir sodyum kanalı biçimidir ve nosisepsiyon nöronlarında bulunanlar gibi büyük ölçüde küçük çaplı aksonlarda bulunur . Önemli düzeyde TTX alındığında, nöronlar üzerindeki sodyum kanallarını bağlayacak ve membranlarının sodyum geçirgenliğini azaltacaktır. Bu, bir postsinaptik nöronda bir aksiyon potansiyeli indüklemek için gerekli uyarıcı sinyallerin etkin eşiğinin artmasıyla sonuçlanır. Bu artan sinyal eşiğinin etkisi , postsinaptik nöronların uyarılabilirliğinin azalması ve ardından felç ve ölümle sonuçlanabilecek motor ve duyusal işlev kaybıdır. Destekli ventilasyon, TTX'e maruz kaldıktan sonra hayatta kalma şansını artırabilse de, şu anda antitoksin yoktur. Bununla birlikte, asetilkolinesteraz inhibitörü Neostigmin veya muskarinik asetilkolin antagonisti atropinin (parasempatik aktiviteyi inhibe edecek) kullanımı , TTX'e maruz kaldıktan sonra hayatta kalma şansını artıracak kadar sempatik sinir aktivitesini artırabilir .

potasyum kanalı

tetraetilamonyum

Tetraetilamonyum (TEA), bir dizi nörotoksin gibi, ilk olarak sinir sistemine zarar verici etkileriyle tanımlanan ve motor sinirlerin işlevini ve dolayısıyla kas sisteminin benzer şekilde kasılmasını engelleme kapasitesine sahip olduğu gösterilen bir bileşiktir . curare'ninkine. Ek olarak, kronik TEA uygulaması yoluyla, kas atrofisi indüklenecektir. Daha sonra, TEA'nın esas olarak hem bir aksiyon potansiyelinde görülen gecikmiş doğrultucudan sorumlu potasyum kanallarını hem de bazı kalsiyuma bağımlı potasyum kanalları popülasyonunu inhibe etme kabiliyeti aracılığıyla in-vivo olarak işlev gördüğü belirlendi . TEA'yı nörobilimdeki en önemli araçlardan biri yapan, nöronlardaki potasyum akışını engelleme yeteneğidir. TEA'nın potasyum kanallarını inhibe etme yeteneğinin, potasyum iyonlarına benzer boşluk doldurma yapısından kaynaklandığı varsayılmıştır. TEA'yı sinirbilimciler için çok yararlı kılan şey, potasyum kanalı aktivitesini ortadan kaldırmaya yönelik özel yeteneğidir, böylece voltaj kapılı sodyum kanalları gibi diğer iyon kanallarının nöron tepkisi katkılarının incelenmesine izin verir. Nörobilim araştırmalarındaki birçok kullanımına ek olarak, TEA'nın , hastalığın ilerlemesini sınırlama yeteneği sayesinde Parkinson hastalığının etkili bir tedavisi olarak performans gösterdiği gösterilmiştir .

klorür kanalı

Klorotoksin

Klorotoksin (Cltx), akrep zehrinde bulunan aktif bileşiktir ve klorür kanallarının iletkenliğini engelleme kabiliyeti nedeniyle birincil derecede toksiktir . Ölümcül miktarda Cltx'in yutulması, bu iyon kanalı bozulması yoluyla felçle sonuçlanır. Botulinum toksinine benzer şekilde, Cltx'in önemli terapötik değere sahip olduğu gösterilmiştir. Kanıtlar, Cltx'in gliomaların beyindeki sağlıklı sinir dokusuna sızma yeteneğini engelleyebildiğini ve tümörlerin neden olduğu potansiyel invaziv zararı önemli ölçüde azalttığını göstermiştir .

kalsiyum kanalı

konotoksin

Konotoksinler, deniz kozalağı salyangozu tarafından üretilen bir zehir kategorisini temsil eder ve kalsiyum, sodyum veya potasyum kanalları gibi bir dizi iyon kanalının aktivitesini inhibe edebilir. Çoğu durumda, farklı koni salyangozları tarafından salınan toksinler, farklı iyon kanallarına özgü olabilen ve böylece yaygın sinir işlevini kesintiye uğratabilen bir zehir yaratan bir dizi farklı tipte konotoksin içerir. Eşsiz konotoksin formlarından biri olan ω-konotoksin ( ω-CgTx ), Ca kanalları için oldukça spesifiktir ve bunların bir sistemden izole edilmesinde yararlı olduğunu göstermiştir. Bir hücrenin uygun şekilde uyarılabilirliği için kalsiyum akışı gerekli olduğundan, herhangi bir önemli inhibisyon, büyük miktarda işlevselliği önleyebilir. Önemli bir şekilde, ω-CgTx, nöronların zarlarında bulunan ancak kas hücrelerinin zarlarında bulunmayan voltaja bağlı kalsiyum kanallarına uzun süreli bağlanma ve bunları engelleme yeteneğine sahiptir.

Sinaptik vezikül salınımı

botulinum toksini
Botulinum Toksin nörotoksisitesinin mekanizması.
Botulinum Toksin nörotoksisitesinin Mekanizması

Botulinum toksini (BTX) , Clostridium botulinum bakterisi tarafından üretilen ve kas felcine yol açan BTX-A,B,C,D,E,F,G,H olarak adlandırılan sekiz farklı bileşikten oluşan bir nörotoksin grubudur. . BTX'in kayda değer benzersiz bir özelliği , bilinen en zehirli madde olmasına rağmen , distoni ve spastisite bozukluklarının tedavisinde ve ayrıca kas atrofisini indüklemede nispeten yaygın terapötik kullanımıdır . BTX, ACh vezikül-membran füzyonu için gerekli olan SNARE proteinlerinin degradasyonu yoluyla nöromüsküler kavşakta asetilkolin (ACh) salınımını inhibe etmek için periferik olarak işlev görür . Toksin biyolojik olarak oldukça aktif olduğundan, yetersiz bir tidal hacmi ve bunun sonucunda boğulma yoluyla ölüme neden olmak için tahmini 1 μg/kg vücut ağırlığı dozu yeterlidir . Yüksek toksisitesi nedeniyle, BTX antitoksinleri aktif bir araştırma alanı olmuştur. Kapsaisin'in ( acı biberlerde ısınmadan sorumlu aktif bileşik) kolinerjik nöronlarda ifade edilen TRPV1 reseptörünü bağlayabildiği ve BTX'in toksik etkilerini engelleyebildiği gösterilmiştir .

tetanoz toksini

Tetanoz nörotoksin (TeNT), sinir sisteminde kas tetanisi ile sonuçlanan inhibitör iletimleri fonksiyonel olarak azaltan bir bileşiktir. TeNT, BTX'e benzer ve aslında yapı ve köken açısından oldukça benzerdir; her ikisi de aynı klostridial nörotoksin kategorisine aittir . BTX gibi, TeNT de veziküler nörotransmitter (NT) salınımı yoluyla nöronlar arası iletişimi engeller. İki bileşik arasındaki dikkate değer bir fark, BTX'in kas kasılmalarını inhibe ederken TeNT'nin onları indüklemesidir. Her iki toksin de nöron sinapslarında vezikül salınımını engellese de, bu farklı tezahürün nedeni, BTX'in esas olarak periferik sinir sisteminde (PNS) işlev görmesi, TeNT'nin ise merkezi sinir sisteminde (CNS) büyük ölçüde aktif olmasıdır. Bu, endositozdan girdikten sonra motor nöronlar yoluyla omuriliğin inhibitör nöronlarına TeNT göçünün bir sonucudur . Bu, sistemik kas kasılmalarıyla sonuçlanan CNS içindeki inhibitör nöronlarda fonksiyon kaybına neden olur . Ölümcül bir BTX dozunun prognozuna benzer şekilde , TeNT felce ve müteakip boğulmaya yol açar .

Kan beyin bariyeri

Alüminyum

Alüminyumun nörotoksik davranışının , beyne göç edebildiği ve kan beyin bariyerinin (BBB) ​​bazı önemli fonksiyonlarını inhibe edebildiği dolaşım sistemine girdiğinde meydana geldiği bilinmektedir . BBB'deki bir işlev kaybı, beyni kanda bulunan diğer toksinlerden koruyan bariyer artık böyle bir etki gösteremeyeceğinden, CNS'deki nöronlarda önemli hasara neden olabilir. Metalin nörotoksik olduğu bilinmesine rağmen , etkileri genellikle böbrek yetmezliği yaşayanlar gibi kandaki fazla iyonları çıkaramayan hastalarla sınırlıdır . Alüminyum toksisitesi yaşayan hastalar, öğrenmede bozulma ve motor koordinasyonda azalma gibi semptomlar sergileyebilir . Ek olarak, sistemik alüminyum seviyelerinin yaşla birlikte arttığı bilinmektedir ve Alzheimer Hastalığı ile ilişkili olduğu gösterilmiştir, bu da hastalığın nörotoksik bir nedensel bileşik olduğunu gösterir. İyonik formunda bilinen toksisitesine rağmen, alüminyumun paketleme ve pişirme cihazlarında kullanılmasının potansiyel toksisitesi üzerine çalışmalar bölünmüştür.

Merkür

Merkür, BBB'yi geçerek beyne göç ederek CNS hasarına neden olabilir. Cıva bir dizi farklı bileşikte bulunur, ancak metilcıva (MeHg + ), dimetilcıva ve dietilcıva önemli ölçüde nörotoksik formlardır. Dietil cıva ve dimetil cıva, şimdiye kadar keşfedilen en güçlü nörotoksinlerden bazıları olarak kabul edilir. MeHg + , besin zincirinin üst kısımlarında yer alan organizmalarda yoğunlaşma eğiliminde olduğundan, genellikle deniz ürünlerinin tüketilmesi yoluyla elde edilir . Cıva iyonunun amino asit (AA) ve glutamat (Glu) taşınmasını inhibe ettiği ve potansiyel olarak eksitotoksik etkilere yol açtığı bilinmektedir .

Reseptör agonistleri ve antagonistleri

Anatoksin-a

Harici video
video simgesi Çok Hızlı Ölüm Faktörü
Nottingham Üniversitesi

"Çok Hızlı Ölüm Faktörü " olarak da bilinen anatoksina ile ilgili araştırmalar , 1961'de Kanada'nın Saskatchewan kentinde alg patlaması içeren bir gölden su içen ineklerin ölmesinin ardından başladı . En az dört farklı siyanobakteri cinsi tarafından üretilen bir siyanotoksindir ve Kuzey Amerika, Avrupa , Afrika, Asya ve Yeni Zelanda'da bildirilmiştir.

Anatoksinin toksik etkileri çok hızlı ilerler çünkü doğrudan sinir hücrelerine ( nöronlar ) etki eder. Anatoksin- a maruziyetinin ilerleyici semptomları koordinasyon kaybı, seğirme , konvülsiyonlar ve solunum felci nedeniyle hızlı ölümdür . Kaslarla iletişim kuran sinir dokuları, nikotinik asetilkolin reseptörü adı verilen bir reseptör içerir . Bu reseptörlerin uyarılması kas kasılmasına neden olur . Anatoksin- a molekülü, bu reseptöre uyacak şekilde şekillendirilmiştir ve bu şekilde, normalde reseptör tarafından kullanılan doğal nörotransmiter olan asetilkolini taklit eder . Anatoksin -a , bir kasılmayı tetikledikten sonra nöronların dinlenme durumuna dönmesine izin vermez, çünkü normalde bu işlevi yerine getiren kolinesteraz tarafından parçalanmaz . Bunun sonucunda kas hücreleri kalıcı olarak kasılır, beyin ile kaslar arasındaki iletişim bozulur ve solunum durur.

Toksin ilk keşfedildiğinde Çok Hızlı Ölüm Faktörü (VFDF) olarak adlandırılıyordu çünkü farelerin vücut boşluklarına enjekte edildiğinde birkaç dakika içinde titreme, felç ve ölüme neden oluyordu. 1977'de VFDF'nin yapısı ikincil, bisiklik bir amin alkaloid olarak belirlendi ve anatoksin- a olarak yeniden adlandırıldı . Yapısal olarak kokaine benzer. Eğlence ve içme sularına sunduğu tehlikeler ve sinir sistemindeki asetilkolin reseptörlerini araştırmak için özellikle yararlı bir molekül olması nedeniyle anatoksin- a'ya olan ilgi devam etmektedir . Toksinin öldürücü olması, toksin silahı olarak yüksek bir askeri potansiyele sahip olduğu anlamına gelir.

Bungarotoksin

Bungarotoksin , aktivitesi nörotransmitter bağlanmasıyla tetiklenen bir iyon kanalları ailesini oluşturan nikotinik asetilkolin reseptörleri (nAChR'ler) ile etkileşimi bilinen bir bileşiktir . Bungarotoksin bir dizi farklı formda üretilir, ancak yaygın olarak kullanılan formlardan biri , bantlı krait yılanından izole edilen uzun zincirli alfa formu, α-bungarotoksindir . Yutulduğunda son derece toksik olmasına rağmen, α-bungarotoksin, reseptörlere olan yüksek afinitesinden dolayı nAChR'leri izole etmede özellikle usta olduğundan, nörobilimde kapsamlı bir yararlılık göstermiştir. Birden fazla bungarotoksin formu olduğundan, bağlanacakları farklı nAChR formları vardır ve a-bungarotoksin özellikle a7-nAChR için spesifiktir . Bu α7-nAChR, hücrelere kalsiyum iyonu akışına izin verecek şekilde işlev görür ve bu nedenle, sindirilen bungarotoksin tarafından bloke edildiğinde, ACh sinyali inhibe edileceğinden zararlı etkiler üretecektir. Aynı şekilde, diğer kanalların etkilerini izole etmek için kalsiyum akışını bloke etmek isteniyorsa, a-bungarotoksin kullanımı sinirbilimde çok yararlı olabilir. Ek olarak, farklı bungarotoksin formları, inhibe edilmiş nAChR'leri ve bunların vücudun farklı sistemlerinde ortaya çıkan kalsiyum iyon akışını incelemek için yararlı olabilir. Örneğin, α-bungarotoksin, kas sisteminde bulunan nAChR'lere özgüdür ve κ-bungarotoksin, nöronlarda bulunan nAChR'lere özgüdür.

karamboxin

Caramboxin (CBX), yıldız meyvesinde ( Averrhoa carambola) bulunan bir toksindir . Bazı böbrek hastalığı türleri olan kişiler, yıldız meyvesini yedikten veya bu meyveden yapılan suyu içtikten sonra zehirlenme, nöbetler ve hatta ölüm gibi olumsuz nörolojik etkilere karşı hassastır. Caramboxin, nöronlardaki glutamat reseptörlerini uyaran, peptit olmayan yeni bir amino asit toksinidir. Caramboxin, güçlü eksitatör, sarsıcı ve nörodejeneratif özelliklere sahip hem NMDA hem de AMPA glutamaterjik iyonotropik reseptörlerin bir agonistidir .

Kür

" Kürare " terimi muğlaktır, çünkü adlandırma sırasında bugünkü anlayışlardan farklı anlaşılan bir takım zehirleri tanımlamak için kullanılmıştır. Geçmişte karakterizasyon, Güney Amerika kabileleri tarafından oklar veya dartlar üzerinde kullanılan zehirler anlamına geliyordu, ancak sinyal iletimini engellemek ve böylece kas gevşemesine neden olmak için nöromüsküler bağlantı üzerinde hareket eden zehirlerin belirli bir kategorizasyonunu belirtmek için olgunlaştı . Nörotoksin kategorisi, tümü orijinal olarak Güney Amerika menşeli bitkilerden saflaştırılmış olsa da, bir dizi farklı zehir içerir. Enjekte edilen kürar zehirinin genellikle ilişkili olduğu etki, kas felci ve bunun sonucunda ölümdür. Curare, özellikle nöromüsküler kavşakta nikotinik asetilkolin reseptörlerini inhibe etme işlevi görür . Normal olarak, bu reseptör kanalları, kas kasılmasına yol açan bir aksiyon potansiyeli başlatmak için kas hücrelerine sodyum iyonlarının girmesine izin verir. Reseptörleri bloke ederek nörotoksin, nöromüsküler kavşak sinyalini önemli ölçüde azaltma yeteneğine sahiptir; bu etki, anestezistlerin kas gevşemesi sağlamak için kullanmasına yol açmıştır .

Hücre iskeleti girişimi

Amonyak

Astrosit.
Bir Astrosit, kan beyin bariyerini korumak için dikkate değer bir hücre

Amonyak toksisitesi genellikle tüketim yoluyla veya karaciğer yetmezliği gibi endojen rahatsızlıklar yoluyla olmak üzere iki uygulama yolu aracılığıyla görülür . Amonyak toksisitesinin yaygın olduğu kayda değer bir vaka, hepatik ensefalopati ile sonuçlanan karaciğer sirozuna yanıttır ve beyin ödemi ile sonuçlanabilir (Hausinger 2006). Bu serebral ödem, sinir hücresinin yeniden şekillenmesinin bir sonucu olabilir. Artan konsantrasyonların bir sonucu olarak, in-vivo amonyak aktivitesinin, hücrelerde Protein Kinaz G aracılı (PKG) hücre iskeleti modifikasyonlarına yol açan artan cGMP (Siklik Guanosin Monofosfat) üretimi yoluyla beyindeki astrositlerin şişmesine neden olduğu gösterilmiştir . Bu toksisitenin ortaya çıkan etkisi, beyin enerji metabolizmasını ve işlevini azaltabilir . Daha da önemlisi, amonyağın astrosit yeniden şekillenmesi üzerindeki toksik etkileri , L-karnitin verilmesi yoluyla azaltılabilir . Bu astrosit yeniden modellemesine, amonyak kaynaklı mitokondriyal geçirgenlik geçişi aracılık ediyor gibi görünmektedir. Bu mitokondriyal geçiş , in-vivo amonyaktan oluşan bir bileşik olan glutamin aktivitesinin doğrudan bir sonucudur . Antioksidanların veya glutaminaz inhibitörünün uygulanması , bu mitokondriyal geçişi ve potansiyel olarak astrositlerin yeniden şekillenmesini azaltabilir.

Arsenik

Arsenik , tarımsal akışa , madencilik ve eritme tesislerine maruz kalan alanlarda yaygın olarak bulunan bir nörotoksindir (Martinez-Finley 2011). Sinir sisteminin gelişimi sırasında arsenik alımının etkilerinden biri , hem PNS'de hem de CNS'de meydana gelebilecek nörit büyümesinin inhibisyonudur . Bu nörit büyümesinin inhibisyonu, genellikle nöral migrasyonda kusurlara ve gelişim sırasında nöronların önemli morfolojik değişikliklerine ) yol açabilir ve genellikle yeni doğanlarda nöral tüp kusurlarına yol açar . Arseniğin bir metaboliti olan arsenit , arsenik yutulduktan sonra oluşur ve maruz kaldıktan sonraki yaklaşık 24 saat içinde nöronlar için önemli bir toksisite gösterir. Bu sitotoksisitenin mekanizması, nöronlar içindeki hücre içi kalsiyum iyon seviyelerinde arsenite bağlı artışlar yoluyla işlev görür; bu, daha sonra kaspazları aktive ederek hücre ölümünü tetikleyen mitokondriyal transmembran potansiyelini azaltabilir . Arsenitin bilinen bir diğer işlevi, nörofilament taşınmasını engelleyerek hücre iskeletine yönelik yıkıcı doğasıdır . Nörofilamentler temel hücre yapısında ve desteğinde kullanıldığından, bu özellikle yıkıcıdır. Bununla birlikte, lityum uygulaması, kaybolan nörofilaman motilitesinin bir kısmını eski haline getirme konusunda umut vaat etmektedir. Ek olarak, diğer nörotoksin tedavilerine benzer şekilde, belirli antioksidanların uygulanması, yutulan arseniğin nörotoksisitesini azaltmada bir miktar umut vaat etmiştir.

Kalsiyum aracılı sitotoksisite

Yol göstermek

Kurşun boru.
Kurşun borular ve lehim, yutulan kurşunun yaygın kaynaklarıdır.

Kurşun , toksisitesi en az binlerce yıldır bilinen güçlü bir nörotoksindir. Kurşunun nörotoksik etkileri hem yetişkinlerde hem de küçük çocuklarda bulunsa da , gelişmekte olan beyin, apoptoz ve eksitotoksisiteyi içerebilen kurşunun neden olduğu zararlara karşı özellikle hassastır . Kurşunun zarar vermesinin altında yatan bir mekanizma , merkezi sinir sistemi içindeki hassas hücrelerle doğrudan temasa izin vererek, BBB boyunca kalsiyum ATPaz pompaları tarafından taşınabilmesidir . Nörotoksisite, kurşunun kalsiyum iyonlarına benzer şekilde hareket etme yeteneğinden kaynaklanır, çünkü konsantre kurşun, hücresel homeostazı bozan ve apoptozu indükleyen kalsiyumun hücresel olarak alınmasına yol açacaktır . Erken kurşun maruziyetinin bir sonucu olarak çocuklarda öğrenme eksiklikleri olarak ortaya çıkan protein kinaz C'yi (PKC) aktive eden bu hücre içi kalsiyum artışıdır . Kurşun, apoptozu indüklemenin yanı sıra, kalsiyum aracılı nörotransmitter salınımının bozulması yoluyla internöron sinyalleşmesini de inhibe eder.

Birden fazla etkiye sahip nörotoksinler

etanol

Fetal Alkol Sendromu Görüntüsü
Fetal Alkol Sendromu (FAS) sergileyen erkek bebek .

Bir nörotoksin olarak, etanolün sinir sistemi hasarına neden olduğu ve vücudu çeşitli şekillerde etkilediği gösterilmiştir. Etanol maruziyetinin bilinen etkileri arasında hem geçici hem de kalıcı sonuçlar vardır. Kalıcı etkilerden bazıları, hipokampusta uzun süreli azaltılmış nörogenez , yaygın beyin atrofisi ve beyinde indüklenen iltihaplanmayı içerir. Dikkat çekici bir şekilde, kronik etanol alımının ek olarak, hücre zarı bileşenlerinin yeniden düzenlenmesini indüklediği, kolesterol ve doymuş yağın artan zar konsantrasyonları ile işaretlenmiş bir lipit çift tabakasına yol açtığı gösterilmiştir . Bu önemlidir, çünkü nörotransmitter taşınması veziküler taşıma inhibisyonu yoluyla bozulabilir ve bu da sinir ağı işlevinin azalmasına neden olur. Azalan nöronlar arası iletişimin önemli bir örneği, etanolün hipokampustaki NMDA reseptörlerini inhibe etme yeteneğidir , bu da azaltılmış uzun vadeli güçlenme (LTP) ve hafıza edinimi ile sonuçlanır. NMDA'nın LTP'de ve dolayısıyla hafıza oluşumunda önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir. Bununla birlikte, kronik etanol alımıyla, bu NMDA reseptörlerinin LTP'yi indükleme duyarlılığı, mezolimbik dopamin nöronlarında inositol 1,4,5-trifosfata (IP3) bağımlı bir şekilde artar. Bu yeniden yapılanma, hem postsinaptik nöronların hiperaktivasyonu hem de sürekli etanol tüketimine bağlı bağımlılık yoluyla nöronal sitotoksisiteye yol açabilir. Ek olarak, etanolün, inhibe edilmiş NMDA reseptör aktivitesi yoluyla doğrudan hücre içi kalsiyum iyonu birikimini azalttığı ve dolayısıyla LTP'nin meydana gelme kapasitesini azalttığı gösterilmiştir.

Etanolün olgun organizmalardaki nörotoksik etkilerine ek olarak, kronik alım, ciddi gelişimsel kusurlara neden olabilir. Kanıt ilk olarak 1973'te annelerin kronik etanol alımı ile yavrularındaki kusurlar arasındaki bağlantıya dair gösterildi. Bu çalışma, kraniyofasiyal oluşum, uzuv gelişimi ve kardiyovasküler oluşumdaki kusurlar gibi yaygın morfogenez sapmaları ile karakterize edilen bir hastalık olan fetal alkol sendromunun sınıflandırılmasını oluşturmaktan sorumluydu . Fetal alkol sendromuna yol açan fetüslerdeki etanol nörotoksisitesinin büyüklüğünün, beyindeki E vitamini gibi antioksidan seviyelerine bağlı olduğu gösterilmiştir . Fetal beyin nispeten kırılgan olduğundan ve uyarılmış streslere karşı hassas olduğundan, hipokampus ve beyincik gibi önemli alanlarda alkol maruziyetinin ciddi zararlı etkileri görülebilir . Bu etkilerin ciddiyeti doğrudan annenin etanol tüketiminin miktarına ve sıklığına ve fetüsün gelişim aşamasına bağlıdır. Etanol maruziyetinin, görünüşe göre artan reaktif oksidatif türler (ROS) üretiminin bir sonucu olarak, azalan antioksidan seviyeleri, mitokondriyal işlev bozukluğu (Chu 2007) ve müteakip nöronal ölümle sonuçlandığı bilinmektedir. Fetal beyinde katalaz ve peroksidaz gibi antioksidan enzimlerin varlığı azaldığından bu makul bir mekanizmadır . Bu mekanizmayı desteklemek için, yüksek seviyelerde diyet E vitamini uygulaması, fetüslerde etanolün neden olduğu nörotoksik etkilerin azalmasına veya ortadan kaldırılmasına neden olur.

n-heksan

n- Hekzan , son yıllarda Çin elektronik fabrikalarında birçok işçinin zehirlenmesinden sorumlu olan bir nörotoksindir.

Reseptör seçici nörotoksinler

+ _

MPTP'nin toksik metaboliti olan MPP + , kompleks I'i inhibe ederek mitokondride oksidatif fosforilasyona müdahale eden, ATP'nin tükenmesine ve ardından hücre ölümüne yol açan seçici bir nörotoksindir . Bu, neredeyse sadece substantia nigra'nın dopaminerjik nöronlarında meydana gelir ve uygulamadan 2-3 gün sonra maruz kalan deneklerde kalıcı parkinsonizmin ortaya çıkmasına neden olur .

Endojen nörotoksin kaynakları

Vücut tarafından sindirim yoluyla alınan en yaygın nörotoksin kaynaklarının aksine, endojen nörotoksinler hem orijin alır hem de in-vivo etkilerini gösterir . Ek olarak, çoğu zehir ve eksojen nörotoksinler nadiren yararlı in-vivo yeteneklere sahip olacak olsa da, endojen nörotoksinler vücut tarafından hücre iletişiminde kullanılan nitrik oksit gibi yararlı ve sağlıklı şekillerde yaygın olarak kullanılır. Genellikle yalnızca bu içsel bileşikler yüksek oranda konsantre hale geldiklerinde tehlikeli etkilere yol açarlar.

Nitrik oksit

Nitrik oksit (NO), sinir sistemi tarafından nöronlar arası iletişim ve sinyalleşmede yaygın olarak kullanılmasına rağmen , beyinde iskemiye yol açan mekanizmalarda aktif olabilir (Iadecola 1998). NO'nun nörotoksisitesi, glutamat eksitotoksisitesindeki önemine dayanmaktadır, çünkü NO, glutamat eksitotoksisitesinde yüksek bir oranda meydana gelen glutamat aracılı NMDA aktivasyonuna yanıt olarak kalsiyuma bağımlı bir şekilde üretilir. NO, beynin potansiyel olarak iskemik bölgelerine artan kan akışını kolaylaştırsa da, aynı zamanda oksidatif stresi artırarak DNA hasarı ve apoptozu indükleyebilir. Bu nedenle, CNS'nin iskemik bir bölgesinde artan NO varlığı, önemli ölçüde toksik etkiler üretebilir.

Glutamat

Glutamat , nitrik oksit gibi, merkezi sinir sisteminin gri maddesi boyunca küçük konsantrasyonlarda mevcut olan, nöronlar tarafından normal şekilde çalışmak için kullanılan endojen olarak üretilen bir bileşiktir . Endojen glutamatın en dikkate değer kullanımlarından biri, uyarıcı bir nörotransmiter olarak işlevselliğidir. Bununla birlikte, konsantre edildiğinde, glutamat çevredeki nöronlar için toksik hale gelir. Bu toksisite, hem glutamatın nöronlar üzerindeki doğrudan öldürücülüğünün bir sonucu hem de nöronlara indüklenen kalsiyum akışının şişme ve nekroza yol açmasının bir sonucu olabilir. Huntington hastalığı , epilepsi ve inme gibi hastalıklarda ve komplikasyonlarda önemli rol oynayan bu mekanizmalara destek gösterilmiştir .

Ayrıca bakınız

notlar

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar