Яд вьетнамских сколопендр подействовал на разные ионные каналы жертв и сородичей

Благодаря мутации в гене ионного канала Shal сколопендры могут использовать один и тот же яд и для убийства добычи, и в борьбе с сородичами. Для последних яд не смертелен и вызывает лишь кратковременный паралич. Исследование молекулярных основ этого процесса опубликовано в журнале Science Advance.

Многие животные используют яд не только для охоты и защиты от хищников, но и в процессе внутривидовой борьбы. Например, многоножки из класса губоногих (Chilopoda) вводят сородичам яд в качестве предупреждающего сигнала. Считается, что у этих членистоногих есть определенный иммунитет к собственным токсинам, однако механизм его работы практически не изучен.

Разобраться в этом вопросе решила команда специалистов во главе с Шилуном Яном (Shilong Yang) из Института зоологии в Куньмине. В качестве модельного объекта они выбрали вьетнамскую сколопендру Scolopendra subspinipes. При длине тела до 20 сантиметров она считается одной из крупнейших многоножек, а ее яд достаточно силен, чтобы убить ребенка.

Исследователи ввели в третий сегмент тела сколопендры десять микролитров яда, полученного от представителя того же вида. В результате многоножку парализовало, однако спустя всего десять минут подвижность полностью к ней вернулась. Никаких долгосрочных последствий для ее организма зафиксировано не было.

На следующем этапе из тела сколопендры выделили дорсальные непарные медиальные нейроны и проверили их чувствительность к яду сородичей. Оказалось, что потенциалзависимые кальциевые и натриевые каналы никак не реагируют на присутствие конспецифичного токсина. При этом другие яды, например, тетродотоксин, подействовали на них угнетающе. 

Единственными ионными каналами сколопендр, которые снизили активность под воздействием яда собственного вида, оказались потенциалзависимые калиевые. Однако далеко не все: из пяти разновидностей этих белков чувствительность проявили лишь каналы Shal. Протестировав на них разные компоненты яда, ученые пришли к выводу, что за данный эффект отвечает нейротоксин SsTx. Он ингибирует работу Shal, блокируя его поры. 

Shal сколопендр отличается от аналогичных белков других видов — в том числе тех, на кого эти многоножки охотятся. На внешней стороне его поры, на участке 351, расположен отрицательно заряженный остаток глутамата. Когда этот остаток заменяли нейтральными или положительно заряженными версиями, степень сродства между токсином и каналом снижалась. Иными словами, глутамат в позиции 351 является «якорем», который делает Shal сколопендр настолько чувствительным к SsTx. У других видов каналы Shal к яду сколопендр нечувствительны. 

Таким образом, именно Shal отвечает за эффект, который яд сородичей производит на сколопендр. Однако каковы его функции в организме многоножек, оставалось неизвестным. Чтобы выяснить это, исследователи создали антитела к Shal и с их помощью оценили уровень экспрессии этого белка в различных тканях сколопендры. 

Оказалось, что в трахеях и мышцах он не производится, однако присутствует в кишечнике и в особенно больших количествах — в мембранах сосудистых клеток сердечной трубки и спинных непарных нейронов. Под влиянием SsTx происходит сужение сосудов, перевозбуждение нейронов и, как следствие, возникает временный паралич. Когда этот токсин вводили многоножкам в очищенном виде, он производил тот же эффект, что и инъекция яда.

В процессе эволюции большинство ионных каналов сколопендр приобрели мутации, которые сделали их нечувствительными к яду представителей собственного вида. Например, устойчивость канала Shaker к SsTx обеспечивается за счет наличия остатка аргинина на позиции 399. Восприимчивым остался лишь канал Shal. На его основе сформировалась система сигнализации, которая позволяет сколопендрам выяснять взаимоотношения с сородичами, используя тот же яд, что служит для охоты, и при этом не рисковать жизнью.

Ранее специалисты из Института зоологии в Куньмине подтвердили, что именно токсин SsTx является основным действующим компонентом яда сколопендры S. subspinipes. Особенно сильно он действует на калиевые каналы KCNQ. Нейтрализовать действие токсина можно за счет препарата ретигабина, который используется при эпилепсии.

Сергей Коленов