Conotoxine eines der stärksten Gifte der Tierwelt

und wie es pharmakologisch eingesetzt wird

Ein Vortrag von Ronja Ivcic und Seyma Nur Onat

Kegelschnecke

• Familie Conidae, Gattung Conus

• 918 Arten (Mai 2019)

• Tropische Gewässer und Mittelmeerraum

• Beutetiere: Würmer, Fische und Schnecken

Abb.1

Kegelschnecke

• Familie Conidae, Gattung Conus

• 918 Arten (Mai 2019)

• Tropische Gewässer und Mittelmeerraum

• Beutetiere: Würmer, Fische und Schnecken

Abb.1

Fisch jagende Kegelschnecken

Abb.2

Giftapparat

Abb.3

Wirkung des Gifts in der Beute

Wirkung des Gifts in der Beute

Excitotoxischer Schock

• Na-Kanäle offen gehalten

Na-Einstrom erhöht

• Blockieren Ka-Kanäle

Ka-Ausstrom inhibitiert

Massive Depolarization

Fisch betäubt

Wirkung des Gifts in der Beute

Excitotoxischer Schock

• Na-Kanäle offen gehalten

Na-Einstrom erhöht

• Blockieren Ka-Kanäle

Ka-Ausstrom inhibitiert

Massive Depolarization

Fisch betäubt

Neuromuskuläre Blockade

• Antagonisten auf präsynaptische

spannungsgesteuerte Ca-Kanäle

Neurotransmitter Freisetzung

inhibiert

• Antagonisten des Postsynaptischen

nAChR

Depolarization der

Muskelendplatten verhindert

• Blockieren der spannungsgesteuerten

Skelettmuskel - Ka-Kanäle

Muskelaktionspotentiale verhindert

Lähmung und Tod des Fisches

Conotoxine / Conopeptide

• Kleine Proteine 9-60 AS lang Mehrheit 12-30 AS lang

Conotoxine / Conopeptide

• Kleine Proteine 9-60 AS lang Mehrheit 12-30 AS lang

• Aus Präpropeptid-Vorläufern: C-terminales Ende Toxin

Conotoxine / Conopeptide

• Kleine Proteine 9-60 AS lang Mehrheit 12-30 AS lang

• Aus Präpropeptid-Vorläufern: C-terminales Ende Toxin

• Potent und Ziel-spezifisch:

Spannungs-, Liganden-gesteuerte Ionenkanäle,

G-Protein-gebundene Rezeptoren

Conotoxine / Conopeptide

• Cysteinreiche Peptide Hypermutationen

• Cysteinarme Peptide Posttranslationale

Modifikationen

Conotoxine / Conopeptide

• Cysteinreiche Peptide Hypermutationen

• Cysteinarme Peptide Posttranslationale

Modifikationen

• Peptide mit ähnlichen Cystein-Verbindungen zielen auf

verschiedene Ionenkanäle ≠

Peptide besitzen gleiches Ziel trotz starker Unterschiede in

Sequenz

Klassifizierung

• Zwei Gruppen: Disulfidreich / -arm

• Gen-Superfamilien: „Gift-Sequenz“

• Familien: Art des Ziels + Wirkung

Vielfalt

98 Conopeptide isoliert im Zeitraum vom 1.01.2007 – 31.08.2011

Sortiert nach deren Cystein-Struktur und Zielen in 5 Klassen:

1) Ca-Kanal Inhibitoren

2) K-Kanal Inhibitoren

3) Na-Kanal Inhibitoren

4) nAChR Inhibitoren

5) unbekannt

Wirkung beim Menschen • Anfassen sehr riskant

• Nach 7-20 Minuten kommt es zu einer Schwellung

• Wirkung: abhängig von der Zusammensetzung der Toxine, der Größe des Tiers und der Kegelschneckenart

• Ersten Anzeichen einer Vergiftung: Sprach- Seh- Schluckstörungen und Taubheitheitsgefühl

• Im Laufe der Zeit: Muskellähmung ,Schwächegefühl, Aussetzen von Reflexen

• Gegenmittel: unbekannt Erste Hilfe !

Reizweiterleitung im Nervensystem

Toxin

Therapeutischer Einsatz

• Bei starken chronischen Schmerzen

• Über ein Pumpensystem injiziert

• Da es über 100 000 verschieden Conotoxin- Peptide gibt

viele therapeutische Anwendungsmöglichkeiten

Biotechnologische Herstellung von Conopeptiden

• Conotoxine werden nur in geringen Mengen

gewonnen

• Um größere Mengen zu erreichen stehen 2

Methoden zur Verfügung:

1. Chemische Synthese: (SPPS)

2. Rekombinante Produktion in heterologen Expressionssystemen

Therapeutische Nutzung

Arzneimittel

• Als Schmerztherapie

• Bekannteste: PRIALT

Wirkstoff: Ziconotid

Vergleich : Morphin

Einfluss von Ziconotide auf die Weiterleitung des Schmerzreizes zum Gehirn

Nebenwirkungen

• Anwendung limitiert

• Kopfschmerzen, Gedächtnisstörung

• Erhöhte Risiko potentieller Infektionen wie Meningitis

(Schwindel, Übelkeit, Nystagmus und Verwirrung)

• Problematik: Manchmal höhere Dosierungen nötig,

was wiederum zu stärkeren Nebenwirkungen führt

(daher geringe therapeutische Breite)

Zusammenfassung Conotoxine Teil I

• Von Kegelschnecken produziert und u.a. für Jagd mittels Giftapparat

genutzt

• Arten mit verschieden starken Toxinen

• Conus geographus – lebensgefährlich

• Angel-Strategie: Excitotoxischer Schock und Neuromuskuläre Blockade

• Kleine Peptide (meist 10-30AS lang)

• Potent und Zielspezifisch

• Spannungs-, Liganden-gesteuerte Ionenkanäle, G-Protein-gebundene

Rezeptoren

• Cysteinreich /-arm

• Hypermutation > posttranslationale Modifikationen

Vielfalt

Zusammenfassung Conotoxine Teil II

• Wirkung beim Menschen ist abhängig von der Zusammensetzung der

Toxine, Größe des Tiers und Art der Kegelschnecke

• Die Conotoxine wirken meist als Inhibitoren und blockieren so Kanäle im

Nervensystem.

• Conopeptide werden durch chemische Synthesen und durch

Rekombinante Produktionen für therapeutische Zwecke hergestellt.

• Die Medikamente, mit dem Wirkstoff Ziconotide, werden in der

Schmerztherapie eingesetzt. Dadurch blockieren sie die

Schmerzweiterleitung zum Gehirn.

Quellen • Hintergrundbild „Ziconotid“ -

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Structural_formula_of_ziconotide.png

• Abb.1-3: „E.E. Just Lecture, 1996: `Conus Venom Peptides, Receptor and Ion Channel Targets, and Drug Design: 50 Million Years of Neuropharmacology´“ by Baldomero M.Olivera in Molecular Biology of the Cell, Vol.8,2101-2109, 1997

• Video: https://www.youtube.com/watch?v=jYMjLgPFSso

• Abb. 4: „Conotoxins that Confer Therapeutic Possibilities“ by Magbubah Essack, Vladimir B. Bajic and John A.C.Archer in Marine Drugs 2012, 10, 1244-1265

• „Toxins from cone snails: properties, applications and biotechnological production“ by Stefan Becker und Heinrich Terlau im Springer Verlag 2008

• „Structural and Functional Analyses of Cone Snail Toxins“ by Harry Morales Duque, Simoni Campos Dias und Octávio Luiz Franco in Marine Drugs 2019

• „E.E. Just Lecture, 1996: `Conus Venom Peptides, Receptor and Ion Channel Targets, and Drug Design: 50 Million Years of Neuropharmacology´“ by Baldomero M.Olivera in Molecular Biology of the Cell, Vol.8,2101-2109, 1997

• „Conotoxins that Confer Therapeutic Possibilities“ by Magbubah Essack, Vladimir B. Bajic and John A.C.Archer in Marine Drugs 2012, 10, 1244-1265

• https://www.spektrum.de/wissen/10-unserer-giftigsten-tiere-in-deutschland/1577480

• http://bethge.freepage.de/kegelschnecke.htm

• http://www.freepatentsonline.com/DE69731097T2.html

Quellen • Pharmazeutische Zeitung „Vom Nervengift zum Analgetikum“ -

https://www.pharmazeutische-zeitung.de/ausgabe-482012/vom-nervengift-zum-analgetikum/

• European Medicines Agency, Prialt - https://www.ema.europa.eu/en/documents/overview/prialt-epar-summary-public_de.pdf

• Wikipedia „Conotoxine“ - https://de.wikipedia.org/wiki/Conotoxine

• „Toxinsfromconesnails:properties,applicationsandbiotechnologicalproduction“ by Stefan Becker und Heinrich Terlau im Springer Verlag 2008

• Schweizerische Eidgenossenschaft, Fact sheet, „Conotoxine“- https://www.labor-spiez.ch/pdf/de/lab/org/tox/Conotoxin_Fact-Sheet-17-05-2016.pdf

• Medikament online Informationen, Prialt - http://drugline.info/drug/medicament/prialt-100-mikrogramm-ml-infusionslgsung/