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Krankheiten des Nervensystems

Neurotoxine

Neurotoxine sind Substanzen, die die normale Neurotransmission stören. Sie werden von Bakterien, Algen, Tieren oder Pflanzen gebildet, um sich entweder einen Wettbewerbsvorteil gegenüber Konkurrenten um Nahrungsmittel zu verschaffen oder zum Schutz vor Räubern (Gifte im Gewebe) oder umgekehrt zum Beuteerwerb (Gifte müssen auf die Beute übertragen werden). Dabei besteht das Gift eines Tieres oder einer Pflanze meist aus mehreren (teilweise > 100) Komponenten. Die meisten Neurotoxine und Drogen wirken auf die synaptische Transmission ein. Da viele Neurotoxine auf einen eng begrenzten Bereich der Signalübertragung einwirken, wurden durch ihren Einsatz wertvolle Einsichten in die Mechanismen der Neurotransmission gewonnen.

Tab.1: Einige wichtige Neurotoxine

Toxin / Stoffklasse	Vorkommen	Funktion für den Erzeuger	Wirkungsweise
Botulinus-Toxin Typ A / Zink-Metalloprotease	Verschiedene Bakterien der Gattung Clostridium (z.B. C. botulinum). Botulinismus bei Vergiftung mit verdorbenem Fleisch.	Chemische Kriegsführung: Konkurrenzvorteile durch das Verdrängen von Nahrungskonkurrenten.	Hemmung der Sekretion des Neurotransmitters Acetylcholin (ACh) durch Hydrolyse des SNAP-25 Proteins der präsynaptischen Membran.
Tetanus-Toxin C Fragment / Zink-Metalloprotease	Verschiedene Bakterien der Gattung Clostridium (z.B. C. tetani). Wundstarrkrampf.	Chemische Kriegsführung: Konkurrenzvorteile durch das Verdrängen von Nahrungskonkurrenten.	Hemmung der Sekretion des Neurotransmitters Acetylcholin durch Hydrolyse von Synaptobrevin-2 (Vesikelprotein).
Curare / Indol-Alkaloid (Tryptophan-Derivat)	Pfeilgifte südamerikanischer Ureinwohner. Gemische von Pflanzentoxinen gewonnen aus Curarea bzw. Strychnos toxifera (Loganiaceae) oder verschiedenen Chondrodendron-Arten (Mondsamengewächse, Menispermaceae). Hauptwirkstoff des Chondrodendron-Tubocurare ist das (+)-Tubocurarin.	Fraßschutz	Verhindert das Öffnen der Kanäle im nicotinischen Acetylcholin-Rezeptor der motorischen Endplatte.
α-Bungaro-Toxin / Protein (Phospholipase)	Schlangengifte der Bungarus-Arten, z.B. der gebänderte Krait (Bungarus multicinctus).	Beuteerwerb	Bindet an den nicotinischen Acetylcholin-Rezeptor (Muskeln) und verhindert das Öffnen des ACh-Rezeptor-Kanals.
Saxitoxin / Perhydropurin-Derivat	Algenblüten (z.B. Rote Flut). Ausgelöst von verschiedenen Dinoflagellaten, u.a. Alexandrium tamarense, Gymnodinium catenatum und Pyrodinium bahamense. Angereichert in filtrierenden Tieren wie z.B. Muscheln.	Chemische Kriegsführung: Konkurrenzvorteile durch das Verdrängen von Nahrungskonkurrenten.	Mit Ausnahme von Proteinen ist Saxitoxin die giftigste bekannte Substanz. Bindet an spannungsabhängige Na⁺-Kanäle und unterbindet den Ein-/ oder Ausstrom von Na⁺.
Tetrodotoxin / Alkaloid	Bakterien im Gewebe von Kugelfischen der Ordnung Tetraodontiformes sowie anderen Tieren.	Schutz vor Fressfeinden	Bindet an spannungsabhängige Na⁺-Kanäle und unterbindet den Ein- oder Ausstrom von Na⁺.
Nervengase / Organophosphor-Verbindungen hoher Toxizität	Chemische Kampfstoffe: Tabun (GA), Sarin (GB), Soman (GD) oder das Nervengift VX	kein natürliches Vorkommen	Hemmt die Wirkung der ACh¹⁾-Esterase. Dadurch kann der Transmitter ACh nach der Übertragung eines Reizes auf den Muskel nicht abgebaut werden und es kommt zu einer Dauerkontraktion (Krampf).
Strychnin / Alkaloid	Aus dem indo-malaiischen Baum Strychnos nux vomica bzw. anderen Strychnos-Arten (Loganiaceae) gewonnen. Wurde früher oft als Rattengift eingesetzt. Das Calebassen-Curare enthält als wirksame Alkaloide Strychnin-Derivate.	Schutz vor Fressfeinden	Blockiert Glycin-Rezeptoren im Rückenmark. Dadurch wird die inhibitorische Neurotransmission unterbrochen.
Nicotin / Alkaloid	Verschiedene Nicotiana-Arten, v.a. N. tabacum.	Schutz vor Fressfeinden	Agonist des nicotinischen Acetylcholin-Rezeptors (nAChR). Nicotin bindet etwa doppelt so stark an den nAChR's wie der normale physiologische Agonist Acetylcholin.
Conotoxine / Polypeptide mit vielen Disulfid-Brücken	Giftpfeile mariner Kegelschnecken der Gattung Conus.	Beuteerwerb	α-Conotoxine: selektive Blockade des AChR; δ-Conotoxine: Na⁺-Kanäle; κ-Conotoxine: K⁺-Kanäle; μ-Conotoxine: Na⁺-Kanäle; ω-Conotoxine: selektive Blockade von Ca²⁺-Kanälen des Typs N.
Conantokine / 4-Carboxy-glutaminsäure (GLA)-reiche Peptide; aktive Konformation stabilisiert durch Metall-Ionen	Giftpfeile mariner Kegelschnecken der Gattung Conus	Beuteerwerb	Conantokine: Hemmung von Glutamat-Rezeptoren.
Agatoxine / Polypeptid	Spinnen-Toxine der Trichterspinnen (Agelenidae), z.B. Agelenopsis aperta.	Beuteerwerb	z.B. ω-Agatoxin-IVB: selektive Hemmung von Ca²⁺-Kanälen des Typs P; ω-Agatoxin-IIIA: selektive Hemmung von Ca²⁺-Kanälen des Typs L.
α-Dendrotoxin / Protein: Serin-Proteinasehemmer, Kunitz-Typ	Schlangengift der grünen Mamba (Dendroaspis angusticeps).	Beuteerwerb	spezifischer Inhibitor spannungsgeregelter schnell aktivierender K⁺-Kanäle.
α-Latrotoxin (α-LTX) / Protein (SWISS-Prot Zugangscode: P23631)	Spinnen-Gift der schwarzen Witwe. Verschiedene Latrodectus-Arten (Theridiidae).	Beuteerwerb	α-Latrotoxin wirkt auf die Freisetzung von Neurotransmittern ein: mind. 3 funktionale Domänen: 1. Porenbildung: Ca²⁺ und andere bivalente Kationen; 2. mit Neurexin (Docking-Protein für synaptische Vesikel) interagierende Domäne; 3. Domäne wirkt auf Latrophilin, einen G-Protein gekoppelten Rezeptor.
Picrotoxin / Sesquiterpen-Dilacton	Indonesische Scheinmyrte Anamirta bzw. Menispermum cocculus. Enthält Picrotoxinin und Picrotin.	Schutz vor Fressfeinden	Nicht kompetitiver Antagonist am GABA-A-Rezeptor - blockiert den GABA-aktivierten Chlorid-Kanal.