進化論的解釈に基づくニコチン性アセチルコリン受容体を標的とした毒物効果の研究

Evolutionary Interpretations of Nicotinic Acetylcholine Receptor Targeting Venom Effects by a Clade of Asian Viperidae Snakes.

• Richard J Harris
• Christina N Zdenek
• Jordan Debono
• David Harrich
• Bryan G Fry

抄録

近縁種間の生態学的多様性は、進化的比較研究の機会を提供している。そこで、アジアハタヘビにおける神経毒性の起源と進化を調べるために、Azemiops feae、Calloselasma rhodostoma、Deinagkistrodon acutus、Tropidolaeums subannulatus、T. wagleriの毒を用いて、両生類、トカゲ、鳥、げっ歯類、ヒトのα-1（神経筋）ニコチン性アセチルコリン受容体に対する相対的な特異性と効力について試験を行った。我々は、多様な潜在的な獲物タイプのニコチン性アセチルコリン受容体結合領域の直交性ミモトープに対するこれらのマムシ毒の結合親和性を試験するために、バイオレイヤー干渉法アッセイを利用した。Tropidolaemusの毒は、テストした他の種よりもはるかに強力であり、これは樹上のニッチでのより大きな獲物逃避の可能性と一致している。興味深いことに、C. rhodostomaの毒はα-1ミモトに神経毒性を示したが、これはこの種ではこれまで知られていなかった特徴である。この種の神経毒性についての予備知識がないことは、齧歯類の研究やヒトの咬傷の報告に偏りがあることによる我々の結果と一致していますが、この毒は両生類や双生類のα-1標的に対してより大きな結合親和性を持っていました。他の大型陸生種であるD. acutusでは、意味のあるレベルの神経毒性を示さなかった。これらの結果は、小ペプチド神経毒がこれらのヘビの基本的な形質である一方で、それがアゼミオプスとトロピドラームスの2回の別々の機会に独立して増幅されていることを示しています。これらの結果はまた、新規の神経活性ペプチドの幅広いソースを示唆しており、創薬や創薬のリード化合物としての利用の可能性を秘めている。

Ecological variability among closely related species provides an opportunity for evolutionary comparative studies. Therefore, to investigate the origin and evolution of neurotoxicity in Asian viperid snakes, we tested the venoms of Azemiops feae, Calloselasma rhodostoma, Deinagkistrodon acutus, Tropidolaeums subannulatus, and T. wagleri for their relative specificity and potency upon the amphibian, lizard, bird, rodent, and human α-1 (neuromuscular) nicotinic acetylcholine receptors. We utilised a biolayer interferometry assay to test the binding affinity of these pit viper venoms to orthosteric mimotopes of nicotinic acetylcholine receptors binding region from a diversity of potential prey types. The Tropidolaemus venoms were much more potent than the other species tested, which is consistent with the greater prey escape potential in arboreal niches. Intriguingly, the venom of C. rhodostoma showed neurotoxic binding to the α-1 mimotopes, a feature not known previously for this species. The lack of prior knowledge of neurotoxicity in this species is consistent with our results due to the bias in rodent studies and human bite reports, whilst this venom had a greater binding affinity toward amphibian and diapsid α-1 targets. The other large terrestrial species, D. acutus, did not display any meaningful levels of neurotoxicity. These results demonstrate that whilst small peptide neurotoxins are a basal trait of these snakes, it has been independently amplified on two separate occasions, once in Azemiops and again in Tropidolaemus, and with Calloselasma representing a third possible amplification of this trait. These results also point to broader sources of novel neuroactive peptides with the potential for use as lead compounds in drug design and discovery.