Efecto neurotóxico de batracotoxina en los canales de Na extraída de anfibios de la familia Dendrobatidae

Los anfibios son animales vertebrados que se distribuyen ampliamente en el planeta, las ranas dardo (Dendrobatidae) son pequeñas ranas coloridas que habitan las selvas de América del Sur. Durante su evolución, los anfibios han desarrollado una increíble variedad de compuestos farmacológicamente activos que desempeñan un papel en la defensa de la rana, el sapo, el tritón o la salamandra contra los depredadores. Estos principios defensivos son notables tanto por su diversidad química como farmacológica. Incluyen aminas biogénicas, péptidos, proteínas, esteroides, alcaloides esteroideos, y una gran variedad de otros compuestos. Sus actividades farmacológicas abarcan miocardiopatía y neurotoxinas, colinomiméticos, simpaticomiméticos, vasoconstrictores, agentes hipotensores y alucinógenos (Daly, 1971). Esta mezcla venenosa de alcaloides complejos que secreta su piel, de las cuales la más potente es la batracotoxina, es encontrada en especies como Phyllobates terribilis y Phyllobates aurotaenia que contiene en su veneno aproximadamente 500 mg de batracotoxina además de pumiliotoxina, epibatidina, e histrionicotoxina que están entre la mezcla de alcaloides (Peterson, 2008). Hasta el momento se han identificado cerca de 450 alcaloides provenientes de estas ranas, muchos de los cuales han demostrado tener propiedades bioactivas. Entre los más importantes cabe destacar la histrionicotoxina que como bloqueador no competitivo de los receptores nicotínicos tiene un potencial uso farmacológico como relajante muscular (Daly 1998); la pumioliotoxina que modifica la actividad de los canales de sodio dependientes de voltaje y tiene un potencial uso farmacológico como molécula cardiotónica; la batracotoxina que igualmente modifica la actividad de los canales de sodio dependientes de voltaje y es uno de los venenos más poderosos conocidos hasta ahora (Daly 1998).

La dependencia en la concentración de la batracotoxina para la despolarización se ha medido en varios tejidos excitables. La batracotoxina bloquea los canales de sodio al cierre después de la despolarización, por lo que el nervio se dispara continuamente, lo que puede conducir a un paro cardíaco. Bajo ciertas condiciones tiene un fuerte efecto despolarizante sobre la membrana inervada en la preparación monocelular de electroplax de la anguila eléctrica, pero no se observa ningún efecto cuando se aplica la toxina (50-200 nM) a la membrana en reposo durante periodos de hasta 1 h. sin embargo, si la membrana se expone a la batracotoxina y la célula se somete a estimulación a un voltaje ligeramente por encima del umbral para el disparo de potencial de acción, se observa la prolongación del potencial de acción y la despolarización progresiva. (Bartels, 1977). Los efectos de la batracotoxina sobre el potencial de membrana y las conductancias de los axones de calamar gigante se han estudiado por medio de técnicas de grabación intracelular de micro-electrodos, perfusión interna y pinzas de tensión. En este caso la batracotoxina (550-1100 nM) causó una despolarización marcada e irreversible de la membrana nerviosa, el potencial de la membrana se invierte eventualmente en polaridad de hasta 15 mV.( Narahashi, 1971) La Batracotoxina no sólo mantiene abierto el canal de Na + con voltaje persistente sino que también reduce su movilidad en un solo canal, aunque se ha delimitado un receptor para batracotoxina dentro de la cavidad interna de los canales de Na +, la forma en que los iones Na + fluyen a través de la vía de permeación unida a batracotoxina permanece incierta.

Palabras clave

Batracotoxina (BTX), Canales sodio, neurotóxina, Phyllobates aurotaenia.

Canales de sodio dependientes de voltaje

Son proteínas transmembranales que permiten el paso de iones sodio a través de la membrana celular. El transporte de los iones sodio a través de estos canales es pasivo y sólo depende del potencial electroquímico del ión. Los canales de sodio están compuestos por una gran subunidad proteica alfa, la que puede asociarse con otras proteínas (subunidades beta). La parte central de un canal de sodio es la subunidad alfa, la expresión de esta en una célula es suficiente para conducir sodio a través de la membrana. La subunidad beta cumple roles de modulación tanto en la activación como en la conducción de iones a través del canal. En general los canales de sodio dependientes de potencial tienen un papel muy importante en la generación del potencial de acción, si suficientes canales se abren cuando hay un cambio del potencial de membrana, un pequeño pero significativo flujo de iones sodio se mueven hacia dentro de la célula (a favor de su gradiente electroquímico) despolarizando la célula (Bean, 2000). La capacidad de estos canales de encontrarse en un estado cerrado-inactivado produce el periodo refractario y es crítico para la propagación del potencial de acción en el axón de las neuronas. (Kandel, 2007)

Batracotoxina

Las neurotoxinas se han utilizado como herramientas para estudiar los canales de Na+ con voltaje controlado. Uno de ellos es un activador, la batracotoxina (BTX), que se une específicamente a el receptor del sitio 2 de canales de Na+. La BTX se aisló primero de las ranas neotropicales venenosas (Phyllobates) (Tokuyama, 1968), pero recientemente también se encontró en las aves paseriformes de Nueva Guinea. La Figura 1A muestra la estructura química de BTX, que es un alcaloide esteroideo con una amina terciaria. BTX también contiene una tríada de oxígeno como se revela en su estructura tridimensional, la cual puede quelar un ión catiónico (Fig. 1B). En oposición al lado de la tríada de oxígeno, la estructura BTX es relativamente hidrófoba. Clasificada como un agonista completo entre los activadores del canal de Na+, la BTX modifica los canales de Na+ drásticamente; prácticamente todos los aspectos de la función del canal Na+ se modifican (Hille B, 2001). En primer lugar, BTX desplaza la dependencia del voltaje de activación de 30-50 mV hacia la dirección hiperpolarizante. En segundo lugar, la BTX suprime la inactivación rápida de los canales de Na+, que normalmente tienen un breve tiempo abertura de ~ 0,5 ms. En tercer lugar, BTX elimina la lenta inactivación de los canales de Na+. En cuarto lugar, la BTX reduce la conducción de un solo canal a ~ 60% del canal normal. Quinto, la BTX altera la selectividad iónica del canal Na+, probablemente ampliando el filtro de selectividad, que se vuelve más permeable para los iones NH4+ y Tl+. Por último, las accione de la BTX se consideraron irreversibles a temperatura ambiente, ya que la disociación de BTX de BTX modificado Na+ es mínima. (Correa, 1991)

FIG.1 Estructura química de BTX. (A) BTX es un alcaloide esteroideo. Indica la amina terciaria que puede protonarse en solución acuosa a pH neutro. El átomo de nitrógeno del anillo pirrol no está protonado porque aporta dos electrones a la nube aromática p. (B) Una tríada de oxígeno en la estructura 3-D de BTX puede quelar un ión Na+ (en amarillo). Fuente (Daly 1998)

Las toxinas que actúan sobre los canales de sodio sensibles al voltaje han sido clasificadas de acuerdo con sus sitios putativos de acción. Cinco sitios receptores han sido propuestos hasta el momento (Tabla 1), la batracotoxina muestra una activación persistente como neurotoxina a nivel fisiológico.

Tabla 1. Sitios de unión a toxinas en el canal de sodio dependiente de voltaje.Se muestran también substancias que se unen a otros sitios del canal. Fuente: (Ogata N y Ohishi Y 2002).

Sitio 2:

Es el receptor de varias toxinas liposolubles que incluyen a los alcaloides grayanotoxina (de Rhododendron y otras plantas de la familia Ericaceae), veratridina (de las hierbas liliáceas del género Veratrum), aconitina (de plantas del género Aconitum) y batracotoxina (BTX, de la piel de sapos del género Phyllobates). Las toxinas de este grupo producen activación persistente de los canales de sodio que conduce a la despolarización de la membrana neuronal, bloquean la inactivación del canal, desplazan la dependencia de voltaje de la activación a valores más negativos y, al parecer, reducen la selectividad iónica del canal. Estos efectos han hecho suponer que el sitio 2 se encuentra localizado en alguna región del canal de sodio involucrado en la dependencia de voltaje de la activación (Fig 2). Se ha propuesto que estas toxinas se unen preferencialmente a la conformación activada del canal dejándolo en el estado abierto. BTX puede actuar desde cualquier lado de la membrana, lo cual sugiere que su sitio de unión pudiera estar ubicado en los segmentos del canal que atraviesan la membrana celular. La identificación de los residuos que forman el sitio 2 ha sido complicada debido a que sus ligandos presentan una alta hidrofobicidad. La esterificación de la batracotoxina proporcionó la primera herramienta útil para ser usada en experimentos de análisis de unión (binding). Como era de esperarse debido a su hidrofobicidad, se encontraron varios sitios de unión. Algunas porciones del sitio 2 se relacionan con la unión a anestésicos locales, y otras con la unión a insecticidas . Un estudio de fotomarcaje con derivados de la batracotoxina fue el primero en obtener un éxito relativo para localizar el sitio receptor 2;( Trainer, 1996) este trabajo sugiere que la región S6 del dominio I de la subunidad del canal de sodio es un importante componente del sitio receptor; resultados similares se han obtenido utilizando mutagénesis dirigida, indicando, además, que los residuos aminoacídicos Ile-433, Asn-434 y Leu-437, localizados en el segmento IS6 de los canales de sodio de las células musculares esqueléticas, forman parte de la región receptora a la batracotoxina, la cual comprende, adicionalmente, algunas regiones de los dominios II y IV.13 Un estudio reciente en el que se emplearon mutagénesis dirigida y técnicas computacionales propone un modelo en el cual la toxina interactúa directamente con el asa P del dominio III, lo que a su vez ayudaría a explicar cómo es que BTX altera la selectividad iónica y la conductancia del canal.( Wang SY, 2006)

Fig 2. Estructura que muestra la localización de los distintos sitios de unión de neurotoxinas.

Fuente (E. Salceda y A. Ortega 2009)

Efecto de la batracotoxina en el electroplax (órgano eléctrico) de la anguila eléctrica

La batracotoxina bajo ciertas condiciones tiene un fuerte efecto despolarizante sobre la membrana inervada de la preparación monocelular de electroplax de la anguila eléctrica Electrophorus electricus. No se observa ningún efecto cuando la toxina (50-200 nM) se aplica a la membrana de reposo durante períodos de tiempo A 1 h. Sin embargo, si la membrana se expone a batracotoxina y la célula es sometida a estimulación por voltaje ligeramente por encima del umbral para el disparo potencial de acción, se observa la prolongación del potencial de acción y la despolarización progresiva de la membrana inervada.

Efectos de la BTX sobre el potencial de acción y el potencial de membrana en reposo.

El electroplax un órgano efector que se encuentra en algunos peces (especialmente las anguilas eléctricas), puede producir una tensión lo suficientemente grande como para ayudar en la depredación. La BTX no tiene efecto sobre el electroplax durante periodos de hasta 1 h, a menos que la célula sea estimulada repetidamente, es decir a menos que los canales de sodio de la membrana conductora sean activados por los potenciales de acción. Como se muestra en la (Fig 3), la duración del potencial de acción aumenta progresivamente durante un período de estimulación hasta que alcance un valor de varios segundos. Sólo la fase de recuperación del potencial de acción se ve afectada significativamente; ni la fase ascendente ni la sobrecarga se alteran. El potencial de acción en una célula de control normal no es afectado por estimulación durante al menos 30 min. En presencia de BTX, la prolongación del potencial de acción resultó en una despolarización progresiva de la célula membrana. Cuando la membrana se despolarizó aproximadamente 15-20 mV, la célula despolarizada abruptamente y el potencial Alcanzó un estado estacionario entre 0 y -10 mV. Todos los estimulados Las células respondieron de manera similar, aunque el umbral La despolarización abrupta varió algo. La fase de despolarización abrupta es de todo o nada, muestra poca dependencia de la concentración de BTX, y en algunas células permanece irreversible durante 1 hora en la solución salina de anguila. El número de estímulos necesarios para inducir la despolarización sostenida de todo o nada, dependen de la concentración de BTX y sobre el tamaño del potencial de acción; mayor es la concentración y cuanto mayor sea el potencial de acción, menor será el estímulo requerido Para despolarizar la célula. La concentración más baja de BTX Que da este efecto a pH 7,0 es de aproximadamente 20 nM (Bartels 1975).

Fig.3 Interacción de BTX con la cara inervada de una célula electroplax. Los potenciales de acción fueron inducidos por la estimulación catódica. Las barras verticales en el trazo de potencial de membrana indican periodos de estimulación a una frecuencia de 1 por segundo, una duración de 0,1 mseg y una fuerza de estímulo ligeramente por encima del umbral. Las terminales nerviosas residuales no se estimulan bajo estas condiciones, y por lo tanto los eventos sinápticos son insignificantes. BTX, 20 nM en solución salina de anguila (NR); TTX, 0,60, gM. Los insertos graban los potenciales de acción en varios puntos del registro de potencial de membrana. fuente (Bartels 1975)

Antagonismo entre BTX y TTX

TTX invierte la despolarización inducida por BTX (véanse los datos que siguen a los puntos a y d en la figura 2). La tasa de repolarización varía algo de célula a célula y parece depender del estado metabólico de la célula y del tiempo que la célula se mantiene en el estado despolarizado. En células con un gran potencial de acción (al menos 130 mV de amplitud) de anguilas vigorosas obtenidas y estudiadas en Colombia, 20 nM TTX (una concentración que no bloquea un potencial de acción de control) repolariza la célula completamente en 10 min; En contraste, en células con potenciales de acción más pequeños, 5 gM TTX sólo puede repolarizar en menos de 50% en 1 hora. Además, 1 mM de ouabaína disminuye e impide La re-polarización depende tanto de un bloqueo por TTX como del aumento de la conductancia de Na+ inducida por BTX como de la actividad de los canales Na+, K+ y -ATPasa endógena para restablecer los gradientes de concentración iónica. (Narahashi, 1971)

Si se elimina TTX mediante lavado antes de que se consiga una inversión sustancial de la despolarización inducida por BTX, la célula se despolariza espontáneamente (Fig. 4). El tratamiento con TTX debe mantenerse hasta que la célula repolarice hasta 20-30 mV del potencial de reposo normal si se va a prevenir la despolarización espontánea. Por lo tanto, la conductancia de sodio en estado estacionario en una célula tratada con BTX puede ser una función de la membrana.

TTX no parece competir directamente con BTX en un sitio de unión común. La tasa de repolarización inducida por TTX es la misma en presencia o ausencia de BTX. Además, Si una baja concentración de TTX (30 nM) que no bloquea la Potencial de acción y BTX se aplican simultáneamente, La estimulación no logra inducir ni una prolongación del potencial de acción o una despolarización de la membrana celular; cuando ambos toxinas se lavan con solución salina de anguila, sin embargo, la célula se despolariza repentinamente de manera total o inexistente. Un resultado similar ha ocurrido en el diafragma de rata (Albuquerque, 1971)

FIG.4 TTX inducida por la recuperación del potencial de reposo en una célula tratada con

BTX. El procedimiento experimental es el mismo que para la Fig. 3 Fuente (Albuquerque, 1971)

Las presentes observaciones sobre la interacción de BTX con la cara inervada del electroplax son consistentes con las de otras células nerviosas y musculares. Por ejemplo, la BTX puede inducir despolarizaciones sostenidas de la cara inervada de la célula electroplax y estas inversiones son invertidas por TTX. Debido a que TTX generalmente se acepta como un antagonista específico de los canales de sodio activados, esta acción ampliamente observada fue crucial para conducir a la conclusión de que la BTX activa selectivamente los canales de sodio. En células de electroplax es extraordinario como la estimulación en presencia de BTX es necesaria para que ocurra la despolarización. En muchos otros nervios y músculos La exposición a la BTX da como resultado una despolarización espontánea que es, sin embargo, muy acelerada por la estimulación (Narahashi, 1971).

Efectos de la batracotoxina en el potencial de la membrana y la conductividad de los axones en calamares

La batracotoxina (BTX) es uno de los principios tóxicos contenidos en la rana venenosa colombiana, Phyllobates aurotaenia. Estudios recientes con muestras purificadas de BTX demostraron que el veneno causó una despolarización de las membranas del músculo esquelético (Sansone, 1971), también se descubrió que las fibras de Purkinje del corazón eran más sensibles a la BTX que las fibras de músculo esquelético de los mamíferos (Albuquerque, 1971). La batracotoxina provocó una alteración inicial del potencial de acción cardiaco seguido de una despolarización de la membrana, y en muchas ocasiones el potencial de membrana en reposo invirtió su polaridad, haciéndose el interior positivo con respecto al exterior. Todos estos efectos de la BTX en los músculos cardíaco y esquelético fueron completamente antagonizados por la tetrodotoxina (TTX); en este estudio se sugirió que BTX actúa sobre la membrana del nervio presináptico, la membrana del músculo postsináptico y la membrana de fibra de Purkinje del corazón aumentando específicamente la permeabilidad del sodio. (Narahashi, 1977).

• Se utilizaron axones gigantes del calamar, Loligo pealei, disponible en el Laboratorio Biológico Marino, Woods Hole, Massachusetts.

• El axón aislado se limpió eliminando fibras nerviosas delgadas y tejidos conectivos, montados en una cámara nerviosa y perfundidos continuamente con soluciones de control o de prueba. El potencial de membrana de reposo se registró por medio de técnicas convencionales de microelectrodos intracelulares. Los microelectrodos se llenaron con KCl 3 M y se seleccionaron para una resistencia de 5-10 M. La estimulación eléctrica se aplicó a través de un par de electrodos de alambre Ag-AgCl situados cerca de un extremo del axón.

• Los experimentos de pinzas de voltaje (Patch clamp) con axones de calamar intactos se realizaron usando una cámara de sacarosa, el potencial de membrana de reposo se registró por medio de técnicas convencionales de microelectrodos intracelulares. Los microelectrodos se llenaron con KCl 3 M y se seleccionaron para una resistencia de 5-10 M. La estimulación eléctrica se aplicó a través de un par de electrodos de alambre Ag-AgCl situado cerca de un extremo del axón. (Moore1964).

• Ya que la acción de BTX tiene un alto valor de coeficiente de temperatura, la mayor parte de los experimentos presentes en el potencial de membrana en reposo se realizaron a temperatura ambiente (23ºC). Sin embargo, algunos experimentos se hicieron a 15ºC; En este caso el curso temporal de la despolarización de la membrana fue algo más lento pero finalmente alcanzó el mismo nivel. Se llevaron a cabo experimento prolongando el voltaje a 12ºC.

Efectos de la batracotoxina en el potencial de membrana de reposo

La aplicación externa de BTX al axón gigante de calamar en una concentración de 1100 n causó una despolarización irreversible de la membrana. La despolarización de la membrana progresó constantemente, y después de aproximadamente 1 hora de exposición a la toxina, el potencial de membrana fue invertido en muchos casos en polaridad por varios milivoltios. Aunque la perfusión interna del axón con una solución que contenía BTX en una concentración de 550 nM produjo una despolarización de la membrana similar a la que cuando el veneno se aplicó externamente, La despolarización progresó más rápidamente en la primera que en la segunda. (Deguchi, 1977)

Un experimento en el que se añadió BTX (550 nM) a la solución interna estándar que contenía 50 mM de Na. (FIG.5 ) Los resultados de este experimento pueden resumirse como sigue: (a) Antes de la aplicación de BTX, Na 1 mM y TTX 1000 nM en agua de mar artificial (ASW) produjeron una hiperpolarización De 6 y 7 mV, respectivamente. (B) Aplicación interna de 550 nM BTX causó una gran despolarización, invirtiend o el potencial de la membrana En polaridad por 13 mv. (C) Aplicación de Na 1 mM a la membrana tratada con BTX Provocó una recuperación rápida del potencial de membrana de reposo y la membrana se hiperpolarizó incluso 10 mv más allá del nivel alcanzado en 1 mM de Na antes de la aplicación de BTX. D) Recuperación completa del Membrana del axón tratado con BTX fue provocado por 1000 nM TTX-ASW.

FIG.5 Efectos sobre el potencial de membrana en reposo de un axón de calamar perfundido internamente a 550 nM de batracotoxina (BTX) aplicando internamente1000 nIs de tetrodotoxina (TTX) ó 1 mM de Na externamente. La solución interna estándar (SIS) contiene 50 ms Na. ASW, agua de mar artificial. La línea punteada representa el potencial de membrana de reposo de control.Fuente (Deguchi, 1977.)

En otras preparaciones, la aplicación externa de TTX (1000 nM) o 1 mM Na evitó que la membrana nerviosa se despolarizara mediante la aplicación subsiguiente de BTX fuera o internamente (Fig. 6). Sin embargo, la membrana se despolarizó rápidamente cuando la concentración de sodio externa se restableció al valor normal. Cuando se aplicó internamente, TTX (1000 nM) no tuvo efecto sobre el potencial de membrana de reposo en presencia o ausencia de BTX internamente. (Narahashi, 1977).

FIG.6 Los efectos de la batracotoxina (BTX) de 1100 nM aplicada externamente y de I mMNa en el potencial de reposo de un axón intacto calamar gigante. ASW, agua de mar artificial. La línea punteada representa el potencial de membrana de reposo de control en ASW. El potencial de membrana aumenta y se mantiene a un nivel hiperpolarizado cuando se aplica BTX en Na 1 mM Fuente (Narahashi, 1977)

Efectos de la batracotoxina en el potencial de acción

Durante el curso de despolarización de la membrana producida por BTX aplicada fuera o dentro del axón, el potencial de acción disminuyó gradualmente en amplitud y finalmente fue bloqueado. Sin embargo, cuando el potencial de membrana regreso al nivel original mediante la aplicación de una corriente interna a través de la membrana, se podrían obtener potenciales de acción con amplitud normal. Aunque la fase ascendente y la parte inicial de la fase descendente del potencial de acción casi no fueron afectados por BTX, lo que seguido a la fase pico de las preparaciones control desapareció en los axones, y el pico fue seguido por una prolongada fase de repolarización negativo, el pospotencial negativo duró varios segundos, y en algunos casos hasta 1 min (Fig. 7). La actividad de pico se produjo espontáneamente en algunos axones cuando el potencial de membrana de la preparación tratada con BTX se mantuvo a un nivel alto mediante la aplicación de hiperpolarización corriente. En estos experimentos se repitió un ciclo de despolarización espontánea y repolarización sin ser precedido por un pico. (Deguchi, 1977)

FIG.7 Seguimiento de un registro gráfico del potencial de membrana en reposo en un axón gigante de calamar intacto bañado en solución de batracotoxina (BTX) a 1100 nM. S. La fase de pico del potencial de acción es demasiado rápida para ser registrada. La despolarización sostenida es producido por estimulación o espontáneamente. Fuente (Albuquerque, 1977)

Cabe destacar que la membrana axonal tratada con BTX permaneció Despolarizada después de estímulos repetitivos bajo condiciones de sucrose-gap. En la preparación de control antes del tratamiento con BTX, una ráfaga de estímulos repetitivos a una frecuencia de 5 ciclos por segundo no produjo ninguna despolarización persistente después del cese de los estímulos eléctricos. Durante la etapa inicial del envenenamiento con BTX en un momento en que la membrana del axón empezó a despolarizarse, una explosión de estímulos repetitivos provocó la generación de los post-potenciales negativos y al cesar los estímulos la membrana permaneció despolarizada. La membrana del axón se repolarizó gradualmente hacia el nivel de potencial de reposo. (Albuquerque, 1977)

Tras la terminación de los estímulos repetitivos, la membrana nerviosa permaneció a un nivel muy despolarizado, y se recuperó sólo en un grado muy pequeño. Parece que la conductancia de la membrana aumenta rápidamente durante los estímulos repetitivos, de modo que la corriente hiperpolarizante creada por el hueco de sacarosa resulta mucho menos eficaz para mantener el potencial de la membrana a un nivel alto.

Efecto cardiotóxico de la batracotoxina

Una baja concentración de BTX (0.75 nM) causó cambios marcados tanto de la actividad mecánica como eléctrica de un músculo papilar de cobaya dentro de menos de media hora. La fase de repolarización del potencial de acción se prolongó, la fuerza máxima de la contracción aumentó debido a una tasa de desarrollo de la fuerza más pronunciada, y el tiempo para la relajación se prolongó. Dos aspectos de la actividad eléctrica modificada: requieren consideración: el tiempo transcurrido del efecto sobre la fase de repolarización y el rango de potencial de membrana dentro del cual la velocidad de repolarización se ralentizó. Estos puntos se discuten convenientemente haciendo referencia a la Figura 8 en la que se representan varios parámetros de la actividad eléctrica en función del tiempo de exposición,

FIG.8 Gráfico trazado a partir de registros de osciloscopios fotográficos del experimento ilustrado para mostrar cómo los Parámetros eléctricos modificados en función del tiempo de exposición BTX (0,75 nM) Fuente (Beeler 1970)

Aunque tardó unos segundos en equilibrar la toxina con la solución de baño vigorosamente agitada, el primer efecto claro sobre el potencial de acción (una ligera prolongación) se hizo evidente sólo aproximadamente 7 lluvias después de la adición de BTX. Una vez establecido, sin embargo, el efecto se desarrolló a una velocidad progresivamente creciente. El tiempo entre el potencial ascendente y la repolarización a -60 mV aumentó 2,5 ms entre la décima y la undécima lluvia después de la adición de BTX, 7,5 ms entre el 15 y el 16 min y 27,5 ms entre el 22 y el 23 min. Es evidente a partir de la Figura 8 que la tasa de repolarización no se afectó en la misma medida en todos los niveles de potencial de membrana. Por lo tanto, el tiempo de repolarización a 0 mV no se alteró 23 min después de la adición de BTX. El sistema de sodio rápido del músculo cardíaco se asemeja a los canales de sodio de las fibras nerviosas (Trautwein, 1973) y se espera que sea alterado por BTX. El retraso inducido por la BTX en la repolarización del potencial de acción cardiaca se debía a un retraso en la inactivación de los canales rápidos de Na, el efecto debería ser suprimido por TTX que bloquea selectivamente los canales de Na del músculo esquelético y, Sin pérdida de selectividad, en el músculo cardíaco (Beeler 1970).

Conclusiones

El canal de sodio dependiente de voltaje es sin lugar a dudas la macromolécula principal en la evolución de las propiedades excitables en los animales. Por lo cual entender su proceso evolutivo y sus mecanismos de activación e inactivación, es clave para comprender la codificación de señales en el sistema nervioso. Además la determinación del sitio de acción será importante para entender el mecanismo de interacción entre las toxinas y su sitio receptor, lo cual puede brindar información importante para la elaboración de fármacos que interfieran con la actividad de este canal y que tengan un valor terapéutico destacado.

Las neurotóxinas se han utilizado como herramientas para estudiar los canales de Na+ con voltaje controlado, ya que provocan una alteración inicial del potencial de acción cardiaco seguido de una despolarización de la membrana.

Bibliografía

• Albuquerque, E. X., Warnick, J. E. & Sansone, F. M. (1971) J. Pharmacol. Exp. Ther. 176,511-528.

• Bartels-Bernal, E., Rosenberry, T. L., & Daly, J. W. (1977). Effect of batrachotoxin on the electroplax of electric eel: evidence for voltage-dependent interaction with sodium channels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74(3), 951–955.

• Brown GB. Batrachotoxin: A window on the allosteric nature of the voltage-sensitive

sodium channel. International Reviews of Neurobiology 1988; 29:77-116.

• J. W. Daly and B. Witkop, in Venomous Animals und Thew Venoms, Vol. 111

(W. Bucher and E. E. Buckley, eds.) Academic, New York, 1971, p. 497

• Correa AM, Latorre R, Bezanilla F. Ion permeation in normal and batrachotoxin-modified

Na+ channels in the squid giant axon. J Gen Physiol 1991; 97:605-25.

• Hille B. Modification of gating in voltage-sensitive channels. In: Hille B, ed. Ion Channels

of Excitable Membranes. 3rd ed. Sunderland, MA: Sinauer Associates, 2001:635-662

• Narahashi, T., Albuquerque, E. X., & Deguchi, T. (1971). Effects of Batrachotoxin on Membrane Potential and Conductance of Squid Giant Axons. The Journal of General Physiology, 58(1), 54–70.

• Tokuyama T, Daly J, Witkop B, Karle IL, Karle J. The structure of batrachotoxinin A, a novel steroidal alkaloid from the Colombian arrow poison frog, Phyllobates aurotaenia. J Am Chem Soc 1968; 90:1917-8.

• Trainer VL, Brown GB and Catterall WA (1996) Site of covalent labeling by a photoreactive batrachotoxin derivative near transmembrane segment IS6 of the sodium channel alpha subunit. J Biol Chem 271:11261-112673

• Wang SY, Mitchell J, Tikhonov DB, Zhorov BS and Wang GK (2006) How batrachotoxin modifies the sodium channel permeation pathway: computer modeling and site-directed mutagenesis. Mol Pharmacol 69:788-795

Autor

Nestor Fabian Quiñones Devia

Tutor:

Liliana Francis Turner

Universidad del Tolima

Facultas de Ciencias Programa de Biología

"Diplomados Ciencia y Tecnología en Experimentación Animal con Énfasis en Neurociencias"

DICIEMBRE 2016