黑寡婦蜘蛛是最可怕的蜘蛛種類之一。 它的毒液是一種由七種不同毒素組成的雞尾酒，可以攻擊神經系統。 這些所謂的潛伏毒素專門麻痺昆蟲和甲殼類動物。 然而，其中一種毒素α-乳毒素專門針對脊椎動物，對人類有毒。 它能破壞神經訊號的傳遞，從而產生有害影響。

黑寡婦蜘蛛的α-脂肪毒素會在神經細胞中形成鈣通道來破壞神經訊號，導致肌肉痙攣。 明斯特大學的研究利用先進的顯微鏡揭示了這種毒素的複雜機制，有望應用於醫學和生物技術領域。

一旦α-乳毒素與神經細胞之間或神經細胞與肌肉之間的突觸的特定受體結合，鈣離子就會不受控制地流入訊號細胞的突觸前膜。 這會誘導神經傳導物質的釋放，引發肌肉強烈收縮和痙攣。

儘管這過程看似簡單，但背後的機制卻非常複雜。 明斯特大學（University of Münster）（德國）的科學家現在以接近原子的分辨率破解了α-拉托毒素插入膜前後的結構。

研究的通訊作者： Christos Gatsogiannis 教授（左）和Andreas Heuer 教授。 圖片來源：明斯特大學- Elisa Schulze-Averbeck

為了更了解鈣離子流入突觸前膜的機制，明斯特大學軟奈米科學中心的專家們在Christos Gatsogiannis 教授（醫學物理與生物物理研究所）和Andreas Heuer 教授（物理化學研究所）的領導下，利用高性能低溫電子顯微鏡（cryo-EM）和分子動力學（MD）電腦模擬進行了研究。

他們發現，毒素與受體結合後會發生顯著的轉變。 毒性分子的一部分形成一個柄，像注射器一樣穿透細胞膜。 作為一種特殊功能，此柄在細胞膜上形成一個小孔，扮演鈣離子通道的角色。 MD 模擬顯示，鈣離子可以透過位於小孔正上方一側的選擇性閘門流入細胞。

當α-乳毒素與訊號細胞突觸前膜的受體結合後，它就會發生轉變：部分分子形成一個柄，穿透細胞膜（”膜插入”，右圖）。 作為一種特殊功能，這種柄在膜上形成一個小孔，起到鈣通道的作用。 MD 模擬顯示，鈣離子（Ca2+ 離子）透過小孔正上方的橫向選擇門進入細胞。 資料來源：明斯特大學- Gatsogiannis 小組

有了這些研究成果，研究人員現在可以更好地理解α-拉特羅毒素是如何運作的。 Christos Gatsogiannis 解釋說：”這種毒素以非常複雜的方式模擬突觸前膜鈣通道的功能。因此，它在各個方面都不同於之前已知的所有毒素。新發現開闢了廣泛的潛在應用領域；潛伏毒素具有相當的生物技術潛力，包括開發改良解毒劑、麻痺治療劑和新型生物殺蟲劑。

研究成果剛發表在Nature Communications雜誌上。 在先前的工作中，由克里斯托斯-加措吉安尼斯領導的研究小組已經破解了黑寡婦蜘蛛毒液中昆蟲特異性潛伏毒素插入膜前的結構。

編譯自/ SciTechDaily