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En esta página encontrará un artículo especializado sobre la caracterización de las toxinas de los escorpiones, su modo de acción y los efectos que producen en animales de experimentación.
Revista Microbiología SEM-Organo de la Sociedad Española de Microbiología
Marzo 1998
Gina D´Suze y Carlos Sevcik
Laboratorio de Neurofarmacología Celular Centro de Biofísica y Bioquímica Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas IVIC
Generalidades _______________________________
El veneno de los escorpiones es un "cocktail" compuesto por unos 80 péptidos de bajo peso molecular que reconocen canales iónicos (Na+ y K+), de mamíferos, insectos y crustáceos. En años recientes estos péptidos han sido estudiados de forma intensa, porque además de excelentes modelos para estudios de la relación estructura-función de proteínas, son también sondas exquisitas para el estudio del funcionamiento de los canales iónicos.
Las toxinas del genero Tityus mejor estudiadas desde el punto de vista químico-funcional pertenecen a las especies: T. serrulatus, T. bahiensis y T. stigmurus de Brasil; y T. discrepans, T. caripitensis, T. ivic-nancor y T. isabelceciliae n.sp. de Venezuela. En estas especies hay por lo menos seis subtipos distintos de péptidos tóxicos, que han sido aislados a homogeneidad y cuyas estructuras han sido determinadas.
| Típica estructura terciaria de las toxinas de escorpión. Contienen entre 60 y 70 aminoácidos y su estructura está estabilizada por cuatro puentes de disulfuros (amarillo) (Selisko et al Eur.J. Biochem. 242 , 235-242 (1996)) |
Tres de estos subtipos son tóxicos para mamíferos, contienen entre 61 y 62 aminoácidos y su estructura terciaria es estabilizada por cuatro puentes de disulfuros. Las toxinas del llamado tipo alfa reconocen el sitio 3 de los canales de sodio, enlentecen la inactivación de los canales de sodio manteniéndolos abiertos, así prolongan los potenciales de acción y despolarizan a los músculos y los nervios. En los escorpiones de América hay también péptidos del llamado tipo beta que modifican la activación de los canales de sodio en nervios y músculos, determinando que se abran a potenciales más negativos. En este grupo se encuentra la conocida toxina gamma de T. serrulatus.
Algunos de los componentes de este veneno bloquean canales de potasio eléctricamente excitables y calcio dependientes. La mayoría son péptidos cortos de alrededor de 38 a 40 aminoácidos con tres puentes de disulfuro, mientras que la última variante estudiada dentro de este grupo, con un sólo representante hasta el momento (TsTX-Kß), tiene un peso molecular de 8.160 y fue descrito en el veneno de T. serrulatus. Este péptido afecta a canales de potasio no inactivantes de sinaptosomas de cerebro de rata.
Actualmente hemos encontrado una toxina nueva que bloquea la transmisión sináptica, algo único hasta los momentos en veneno de escorpiones por tener 49.000 dalton de peso molecular.
| Patrón de elusión de T.
discrepans D´Suze et al Toxicon Vol. 33, No. 3 pp. 333-345 (1995) |
Las proteínas de estos venenos se separan cromatográficamente por sus diferencias en pesos moleculares. El patrón de elución del veneno de T. discrepans presenta cuatro fracciones bien definidas (TdF-I, TdF-II, TdF-III, TdF-IV). Cada una de ellas esta formada por alrededor de 20 a 30 toxinas diferentes. La TdF-I contiene la toxina curarizante. La TdF-II contiene las toxinas neurotóxicas por excelencia. TdF-III contiene las toxinas pancreatotóxicas y TdF-IV las toxinas que actúan en canales de potasio.
Todas estas toxinas producen una perturbación severa de los procesos de excitación y conducción del impulso nervioso, además de alterar los procesos neuroquímicos al inducir liberación desorganizada de neurotransmisores como la acetilcolina, adrenalina y el óxido nítrico.
La característica más singular de este veneno es que a diferencia de los venenos de serpiente, avispas, abejas u hormigas, él carece de fosfolipasas, proteasas y factores de irritación. Su letalidad radica en la presencia de toxinas dirigidas a sitios específicos de la membrana citoplasmática modificando así el comportamiento de los mecanismos de selección iónica imprescindibles para la fisiología celular. Actualmente hemos descubierto y esta en estudio el hecho de que el veneno de T. discrepans activa el sistema de coagulación sanguínea.
Variabilidad y semejanzas _______________________________
Los accidentes por escorpionismo en Venezuela están relacionados directamente con representantes del género Tityus. Su veneno está dirigido comúnmente para la captura de insectos que utilizan como alimento, o para defenderse cuando se sienten en peligro. En Venezuela tenemos hasta los momentos 32 especies distintas del género Tityus. De estas 32 solamente a 5 le ha sido caracterizado su veneno: T. discrepans, T. caripitensis, T. ivic-nancor, T.isabelceciliae n.sp. y T. clathratus.
La media de los perfiles cromatográficos, muestra que estos son representativos para cada especie, pudiéndose utilizar como indicadores de especie. Nuestros resultados indican que todos los venenos están formados por proteínas de pesos moleculares semejantes.
Por otra parte tenemos evidencias de que existen diferencias intraespecíficas. El veneno de cada ejemplar es distinto cualitativamente de otro de su misma especie. Estas diferencias no sabemos en donde radican, pero existen sobre todo en aquellas proteínas que contienen efectos neurotóxicos en mamíferos. Aquí radican quizás las diferentes complicaciones clínicas entre los individuos emponzoñados por una misma especie.
Dosis Letal 50 (DL50): el ensayo en ratones, machos, cepa IVIC inyectados intra peritonealmente con el veneno de T. discrepans, T. caripitensis, T. ivic-nancor y T.isabelceciliae n.sp. nos demostraron que sus DL50 en 30 minutos son 35 (29,41), 38 (36,42), 35 (34,37) y 38 (36,39) ug/g ratón respectivamente. Nuestros resultados sugieren que, calculando en base dosis de peso seco por gramo de ratón, el veneno de escorpión es entre 10 y 100 veces más potente que el de la serpiente Crotalus sp.
| Tityus | DL50 (mg/kg) | Agresividad | Prod. de veneno | Neuro-toxinas |
| discrepans | 35 (29 – 41) | + - | 0.5 - 3 mg | Presentes |
| caripitensis | 38 (36 – 42) | + - | 0.5 - 1 mg | Presentes |
| ivic-nancor | 35 (34 – 37) | + + | 0.5 - 1 mg | Presentes |
| isabelceciliae | 38 (36 – 39) | +++ | 0.5 - 3 mg | Presentes |
Clínica experimental _______________________________
La clínica observada en ratones fue idéntica para todos los venenos estudiados y es similar a la observada en pacientes con accidentes escorpiónicos. Primeramente hay una acción local del veneno con dolor muy agudo. El veneno actúa en el sistema nervioso autónomo produciendo una clínica adrenérgica (palidez, taquicardia, taquipnea, piloerección, midriasis, hipertensión, priapismo, frialdad y micción espontánea) y colinérgica (náuseas, vómitos, dolor abdominal, diarrea, sialorrea, bradicardia, sudoración profusa, hipotensión, broncoespasmo y miosis). Tiene acción directa sobre las células excitables como la musculatura lisa y estriada (fasciculación, convulsiones, nistagmus, mirada fija). Todos estos síntomas van apareciendo en mayor o menor grado dependiendo de la cantidad de veneno que esté en circulación. Las complicaciones más importantes son: alteraciones cardíacas, pancreatitis, edema agudo de pulmón. Las toxinas responsables de estas complicaciones están entre las fracciones TdF-II y TdF-III del patrón de elusión de T. discrepans.
| Tityus | Cardio-toxicidad | Pancreatitis | Edema Pulmonar | Sialorrea |
| discrepans | + - | + + + | + - | + + |
| caripitensis | + + | + - | + - | + + |
| ivic-nancor | + + + | + - | + + | + + |
| isabelceciliae | + + + | ? | + + + | + + |
Efecto curarizante: en la fracción I de T. discrepans hay una toxina curarizante, la cual no parece estar presente ni en T. caripitensis ni en T. ivic-nancor. Esta toxina se sale de lo comúnmente descrito para los venenos de escorpiones ya que tiene un peso molecular de 48.000 Dalton. Es un relajante muscular reversible, no despolarizante, y a una concentración de 2 uM es tan potente como los curarizantes de uso clínico.
| Efecto neurotóxico de la fracción TdF-II sobre la frecuencia de miniaturas (MEPP / min) y el bloqueo de esta acción al aplicar previamente tetrodotoxina (TTX). Estos resultados demuestran que la TdF-II tiene el mismo lugar de acción (canales de Na+) que la TTX. |
Efecto neurotóxico: En los Tityus venezolanos es la fracción II la que produce todos los efectos neurotóxicos que se describen arriba en clínica. Esta es la fracción más abundante y donde se encuentran las toxinas que actúan sobre canales de sodio, que son las más neurotóxicas . De las aproximadamente 80 proteínas presentes en el veneno de T. discrepans solamente 4 (presentes en la fracción II) despolarizan la membrana, producen liberación de acetilcolina y aumentan la presencia de miniaturas. Estas cuatro toxinas se secuenciaron y fueron llamadas TdII-1, TdII-2, TdII-3 y TdII-4. A diferencia de los Tityus brasileños, al menos en el caso de T. discrepans, la fracción II no es pancreatotóxica; este efecto lo produce la fracción III.
Normal
Pancreatitis
Efecto sobre páncreas: estos venenos producen un aumento en la secreción de las enzimas pancreáticas, conllevando en algunos casos a pancreatitis aguda. Se han observado cambios estructurales en páncreas de ratones, inyectados intraperitonealmente con la fracción III de T. discrepans . El páncreas de estos ratones se veía ampliamente vacuolizado, con los gránulos de zimógeno disminuídos y aumentada la región intersticial; estos cambios estructurales son típicos de pancreatitis aguda. Actualmente se está estudiando el mecanismo de acción de estos venenos sobre acinos y lóbulos acinares aislados.
Acción sobre canales de potasio: al agregar la fracción IV (0.1mg/ml) en músculo sartorio de rana Hyla crepitans se observa una prolongación de la fase de caída del potencial de acción . Las toxinas presentes en esta fracción responsables del efecto, tienen alrededor de 4000 Dalton de peso molécular y estan formadas por mas o menos 40 aminoácidos. DSuze et al. Toxicon Vol. 33, No. 3 pp.333-345 (1995).
Efecto sobre pulmón: Una de las complicaciones generalmente fatales del veneno del género Tityus es el edema agudo de pulmón. Estamos investigando la génesis en edema agudo de pulmón por escorpionismo, hasta los momentos solo podemos decir con certeza que a pesar de que el veneno de T. discrepans es capaz de producir edema agudo de pulmón in vivo, este veneno carece de efecto sobre pulmones aislados. Lo cual indica que no existe una acción directa del veneno sobre el tejido pulmonar.
Efecto sobre coagulación sanguínea: el veneno de T. discrepans (560 ug/ml) induce coagulación de plasma humano en presencia de 50 uM de calcio a 37 oC. La cascada de coagulación se activa en aproximadamente 1 min . En ausencia de calcio la actividad procoagulante está inhibida, indicando que el veneno requiere de calcio para su actividad. El veneno no actúa como agregante plaquetario y tampoco actúa directamente sobre el fibrinógeno.
Actualmente estudiamos la relación de estos resultados con la génesis del edema agudo de pulmón, pensando que este ocurre por un mecanismo indirecto que posiblemente involucra la activación de factores procoagulantes.