Найден белок, который защищает лягушек-древолазов от собственного яда

Алкалоиды — малые молекулы, которые играют важную экологическую и физиологическую роль. К алкалоидам относится, например, кофеин, обладающий стимулирующим эффектом, однако в больших количествах он токсичен. Печень человека может метаболизировать некоторое (сравнительно небольшое) количество алкалоидов. Некоторые виды потребляют токсичные алкалоиды, но не расщепляют их, а накапливают в качестве защиты. В коже лягушек-древолазов (Dendrobatidae) было выявлено более 500 алкалоидов. Однако белки, которые позволяют позвоночным накапливать токсины без вреда для организма, в большинстве случаев неизвестны. Авторы новой работы, опубликованной в eLife, установили, какой белок позволяет лягушкам-древолазам накапливать токсичные алкалоиды в коже без вреда для себя.

Они предположили, что у лягушек в плазме есть специальный белок, связывающий алкалоиды, который действует как губка и транспортирует их через систему циркуляции. Чтобы идентифицировать этот белок, авторы использовали структурно близкие к алкалоидам фотопробы. Эти соединения под действием ультрафиолета ковалентно связывают те белки, с которыми они до этого были связаны более слабыми взаимодействиями. Фотопробы были структурно схожи с токсином лягушек пумилиотоксином, который действует на калиевые и натриевые каналы. Белки-мишени искали в плазме лягушек-древолазов видов Oophaga sylvatica, Dendrobates tinctorius и Epipedobates tricolor.

Оказалось, что во всех случаях фотопробы связывались с белком массой 50–60 кДа. Плазма крови других земноводных и человека с фотопробами никак не взаимодействовала. Чтобы выяснить, что это за белок, ученые проанализировали протеом плазмы крови O. sylvatica. Белок оказался ингибитором сериновых протеаз (серпином), и авторы исследования называли его алкалоидсвязывающим глобулином (АСГ). Предсказание структуры АСГ показало, что этот белок в области связывающего кармана похож на белки-переносчики гормонов у млекопитающих, которые также относятся к числу серпинов.

Для изучения активности АСГ in vitro ученые наработали рекомбинантный АСГ O. sylvatica, а также его ближайшие гомологи из D. tinctorius и E. tricolor. Результаты этих экспериментов подтвердили предыдущие выводы: АСГ эффективно связывал фотопробу, но связывание почти полностью подавлялось в присутствие пумилотоксина. В то же время гомологам, выделенным из D. tinctorius и E. tricolor, требовалась бо́льшая концентрация белка, чтобы получить сигнал, и в целом они демонстрировали более низкое сродство к фотопробе. В растворе АСГ O. sylvatica связывает пумилотоксин с высоким сродством, и авторы исследования заключили, что АСГ может регулировать количество пумилотоксина в растворе.

Наконец, было показано, что АСГ действительно активно экспрессируется у лягушек-древолазов, в частности, у O. sylvatica. Было выполнено транскриптомное исследование тканей лягушек этого вида, выловленных в разных районах Эквадора. Оказалось, что экспрессия АСГ в печени выше, чем всех серпинов А и альбумина. С помощью антител присутствие АСГ было показано в глубоких слоях кожи, слизистой кишечника и печени.

По словам авторов, сходство с белками-транспортерами гормонов млекопитающих упростит разработку белков, которые могут «впитывать» токсины. Это может помочь при лечении отравлений. Открытие важно не только с медицинской, но и с фундаментальной точки зрения, так как описывает важный элемент биологии ядовитых лягушек.

Самки лесных лягушек предпочитают низкие голоса