Calitoxin

Calitoxin , auch bekannt als CLX , ist ein von der Seeanemone Calliactis parasitica produziertes Neurotoxin . Es wirkt unter anderem auf Krabben und Kraken. Zwei Isoformen (CLX-1 und CLX-2) wurden identifiziert, die beide aus Vorstufen in den Nesselzellen der Anemone gebildet werden. Nach Aktivierung und Freisetzung verursacht das Toxin Lähmungen durch die Steigerung der Neurotransmitterfreisetzung an den neuromuskulären Verbindungen der Wirbellosen . Zusammen mit einigen anderen von Anemonen stammenden Toxinen ist CLX nützlich für die Ionenkanalforschung . Bestimmte Strukturmerkmale von Calitoxin unterscheiden sich von Seeanemonentoxinen, die ebenfalls Natriumionenkanäle angreifen . Andere, Calitoxin ähnliche Toxine wirken auf völlig andere Weise.

Calitoxin ist ein hochwirksames Neurotoxin , das von der Seeanemone Calliactis parasitica produziert und in den Nesselzellen (Nematocysten) der Nesselzellen ( Cnidocyten ) gespeichert wird. ^{[ 1 ]} Diese Seeanemone gehört zur Familie der Hormathiidae und ist an den europäischen Küsten des Atlantiks und im Mittelmeer verbreitet. ^{[ 2 ]} Der Name Calitoxin leitet sich von dem Organismus ab, aus dem das Toxin isoliert wurde. Ein Forscherteam in Neapel, Italien, isolierte das Toxin aus Tieren, die in der Bucht von Neapel gesammelt wurden . Das Team isolierte das Polypeptid durch eine Reihe von Zentrifugationen, bis der Überstand seine toxische Wirkung verloren hatte. Das resultierende Pellet wurde mittels Flüssigkeitschromatographie , Gelfiltration und Chromatofokussierung gereinigt . ^{[ 3 ]} Anschließend sequenzierte das Team die gereinigte Polypeptidkette. Sie veröffentlichten außerdem Details zu den In-vitro -Wirkungen des Toxins auf Gewebepräparate von Krustentieren, darunter Nerven- und Muskelgewebe. Ihre Ergebnisse wurden 1989 in der Fachzeitschrift Biochemistry veröffentlicht. ^{[ 2 ]}

Es besitzt einen isoelektrischen Punkt bei pH 5,4. ^{[ 1 ]} Die Aminosäuresequenz unterscheidet sich deutlich von anderen bekannten Seeanemonentoxinen. Es sind zwei Gene bekannt, die für zwei hochgradig homologe Calitoxine kodieren: CLX-1 und CLX-2. Beide entstehen aus einem Vorläuferpeptid von 79 Aminosäuren, dessen C-Terminus bestimmt, ob es sich um das reife CLX-1 oder CLX-2 handelt. Die aktivierten Toxine bestehen aus 46 Aminosäuren mit drei Disulfidbrücken . ^{[ 4 ]} Forscher vermuten, dass die Toxine als Vorläufer in den Nesselzellen gespeichert werden . Unter dem Einfluss eines auslösenden Reizes wird der Vorläufer modifiziert und in seiner aktiven Form freigesetzt. Das Muster der während der Peptidreifung anvisierten Spaltstellen deutet darauf hin, dass die aktive Quartärstruktur ein Tetrapeptid sein könnte. ^{[ 3 ]}

Calitoxin und andere Seeanemonentoxine werden zur Untersuchung von Ionenkanälen eingesetzt und haben potenzielle Anwendungen in der biomedizinischen und physiologischen Forschung. ^{[ 7 ] [ 3 ]} Im reifen CLX ist eine Basenpaarsubstitution für den Austausch einer einzelnen Glutaminsäure gegen Lysin in der kodierenden Region von CLX-2 verantwortlich, was den Unterschied zwischen den beiden Isoformen bedingt. Die Struktur dieser beiden Gene weist eine hohe Homologie auf. Dies legt nahe, dass die beiden verschiedenen Peptide dieselbe biologische Funktion besitzen. Dies kann jedoch noch nicht bestätigt werden, da bisher nur CLX-1 aus C. parasitica isoliert wurde . ^{[ 1 ]} Calitoxin besitzt eine sehr unterschiedliche Sequenz als das Natriumkanal-bindende Seeanemonentoxin ATX-II , das von der entfernt verwandten Anemonia sulcata produziert wird . ^{[ 8 ]} Ein besseres Verständnis dieser Unterschiede könnte Aufschluss über die Funktion bestimmter Aminosäurereste geben. ^{[ 1 ]} Trotz deutlich unterschiedlicher Gensequenzen beeinflusst CLX-1 die Axonpotentiale von Krebstieren ähnlich wie zwei andere Klassen von Seeanemonentoxinen. Alternativ finden sich bestimmte Aspekte der Struktur der CLX-Gene auch in Skorpiontoxinen sowie in anderen Seeanemonentoxinen, die Kaliumkanäle blockieren . ^{[ 9 ]}

Calitoxin bewirkt eine massive Freisetzung von Neurotransmittern aus den Nervenendigungen der neuromuskulären Synapse, was wiederum starke Muskelkontraktionen und sogar Lähmungen zur Folge hat . Das genaue Zielmolekül von Calitoxin ist noch nicht geklärt; da es eine ähnliche Wirkung an der neuromuskulären Synapse wie die Toxine von Anemonia sulcata hat, könnte Calitoxin die Inaktivierung spannungsgesteuerter Natriumkanäle in Motoneuronen verlangsamen . Die Wirkung von Calitoxin wurde an der Krabbe Carcinus mediterraneus getestet. Gereinigtes Toxin wurde in die Hämolymphe der Krabbe  injiziert . Bereits eine minimale Dosis von 0,2 μg Toxin löste Muskelkontraktionen aus und führte innerhalb einer Minute zu einer Lähmung. Die mittlere letale Dosis ( LD_₅₀ ) ist unbekannt. ^{[ 2 ]}

Seeanemonen produzieren in ihren Nesselzellen ( Cnidocyten ) Toxine wie Calitoxin. Diese Zellen enthalten Organellen, sogenannte Nematocysten . Bei Aktivierung erfolgt eine Vergiftungsreaktion . Diese kann zu Verletzungen der Zielorganismen führen, beispielsweise beim Beutefang, der Verteidigung gegen Fressfeinde oder gegen Angreifer der eigenen Art. ^{[ 4 ]} In ihrem natürlichen Lebensraum kann C. parasitica eine mutualistische Beziehung mit dem Einsiedlerkrebs Pagurus bernhardus eingehen . Die Seeanemone erkennt von dem Einsiedlerkrebs bewohnte Gehäuse und heftet sich daran. C. parasitica schützt den Einsiedlerkrebs, indem sie ihn sticht oder potenzielle Fressfeinde abschreckt. Oktopusse meiden Gehäuse, in denen sich C. parasitica befindet . ^{[ 10 ]} Im Gegenzug für diesen Schutz erhält die Seeanemone einen Vorteil beim Zugang zu einem breiteren Nahrungsspektrum, da sich der Krebs über den Meeresboden bewegt. ^{[ 11 ]}