top of page

Scorpio fuscus (Scorpiones: Scorpionidae) zehrinin proteomik karakterizasyonu ve terapötik uygulamalara yönelik perspektifler

Hasan Ufuk Çelebioğlu a , Sinan Kandır b , Çiğdem Gökçek-Sarac c , Ersen Aydın Yağmur d , Birte Svensson e , Serdar Karakurt f , *


Bartın Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoteknoloji Bölümü, Türkiye

b Çukurova Üniversitesi Veterinerlik Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı, Türkiye

c Akdeniz Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Türkiye

d Alaşehir Meslek Yüksekokulu, Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Türkiye

Danimarka Teknik Üniversitesi, Biyoteknoloji ve Biyomedikal Bölümü, Danimarka

f Selçuk Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyokimya Bölümü, Türkiye


MAKALE BİLGİSİ

Editör: Bruno Lomonte

Anahtar kelimeler:

Akrep fuscus

Akrep zehri

Jel bazlı proteomik

LC-MS/MSPotasyum kanal inhibitörleri

Antimikrobiyal peptitler

Terapötik peptitler


Akrep fuscus (Scorpiones: Scorpionidae) zehrinin proteomik karakterizasyonu ve terapötik uygulamalara yönelik perspektifler


Önemli Noktalar


  • Bu , jel bazlı ayrıştırma ve LC-MS/MS kullanılarak Akrep fuscus zehrinin ilk proteomik profilidir .


  • Toksin benzeri özelliklere sahip antimikrobiyal peptitler de dahil olmak üzere toplam 84 protein tanımlandı.


  • Tanımlanan zehir proteinleri arasında kalsiyum ve potasyum kanallarını hedef alan fosfolipazlar ve iyon kanalı inhibitörleri yer almaktadır.


  • UniProtKB açıklaması, anjiyogenez için olası etkileri olan 13 proteinin lipit metabolizmasıyla ilişkili olduğunu ileri sürmektedir.


  • Hemosiyaninlerin ve tanımlanamayan proteinlerin tanımlanması, zehrin karmaşık olduğunu ve daha fazla işlevsel araştırmaya ihtiyaç duyduğunu göstermektedir.



Akrep fuscus zehrinden yeni tanımlanan peptitlerin MS/MS spektrum örnekleri (SDS-PAGE bantları F2, F8 ve F10). Bu spektrumlar, yüksek spektral kalite, kapsam ve işlevsel sınıflandırmadaki çeşitlilik temelinde temsili örnekler olarak seçilmiştir.
Graphical Abstract

Giriş

Arachnida sınıfına ve Scorpiones takımına ait akrepler, Yeni Zelanda hariç dünya çapında tropikal ve subtropikal bölgelerde yaşar (Nenilin ve Fet, 1992). 437 milyon yıl önce, Geç Silüriyen döneminde karasal yaşama adapte olan bu kadim eklembacaklılar, genel morfolojilerinin korunması nedeniyle genellikle "yaşayan fosil" olarak kabul edilir (Dunlop ve Webster, 1999; Lourenco, 2018; Wendruff ve ark., 2020). 23 familyaya dağılmış 2772 tanımlanmış türle akrepler, Prosoma ve Opisthosoma'dan oluşan ve daha sonra Mesosoma ve Metasoma olarak ikiye ayrılan kendine özgü bir vücut yapısı sergiler. Metasoma, zehir bezlerinin bulunduğu telsonda sonlanan beş segmente sahiptir (Hjelle, 1990; Rein, 2023). Özellikle, Buthidae türleri nörotoksik zehir ile karakterize edilirken, Scorpionidae gibi diğer familyalar sitotoksik zehire sahiptir (Quintero-Hernandez vd., 2013). Scorpionidae 18 cins ve 193 türden oluşur; Scorpio cinsi , Fet vd. (2002) tarafından Scorpiones takımında kurulan ilk cinstir. Daha önce Scorpio maurus'un alt türü olarak düşünülmesine rağmen , birçok Akrep popülasyonu tür seviyesine yükseltilmiştir (Lourenco, 2011; Talal vd., 2015). Scorpionidae'nin bir üyesi olan Scorpio fuscus , Irak, İsrail, Ürdün, Lübnan, Suudi Arabistan, Suriye ve Türkiye'de bulunan küçük ila orta büyüklükte bir akreptir (Fet, 2000). Başlangıçta Buthus (Heterometrus) palmatus fuscus olarak tanımlanmış, taksonomik revizyonlardan geçerek alt tür olarak sınıflandırılmış ve daha sonra Talal vd. tarafından bir tür olarak yeniden kabul edilmiştir. (2015). Türkiye'de Adana, Adıyaman, Diyarbakır, Gaziantep, Hatay, Mardin, Mersin ve Şanlıurfa gibi illerde belgelenmiştir (Birula, 1898; Crucitti ve Malori, 1998; Crucitti ve Vignoli, 2002; Levy ve Amitai, 1980). Özellikle Birula (1910), bu çalışmada örnek toplama işleminin yapıldığı Mersin ve Adana illerinden Scorpio maurus popülasyonlarını ve Scorpio maurus fuscus kayıtlarını incelemiştir. Akrep zehrinin toksisitesi ile vücut ve kıskaç büyüklüğü arasında yakın bir korelasyon gözlenmiştir (Xia ve ark., 2023).

Akrep zehri, lipitler, nükleotidler, aminler, polipeptitler ve karakterize edilmemiş bileşenleri içeren karmaşık bir karışımdır (Heinen ve da Veiga, 2011). Peptit/protein içeriği, toplam kurutulmuş ağırlığın en fazla %5'i ile sıkı bir şekilde sınırlandırılmıştır ve bu da farklı yapılara, hedef bölgelere, işlevlere ve çeşitli organizmalara karşı toksisitelere sahip heterojen bir peptit/protein havuzunu temsil eder (Hmed ve ark., 2013). Dikkat çekici bir husus, akrep zehri peptitlerinin kanser hücrelerine olan özgül afinitesidir ve bu moleküllerin potansiyel translasyonel etkilerini vurgular (Aroui ve ark., 2009; Heinen ve da Veiga, 2011; Xia ve ark., 2023). Sonuç olarak, akrep zehri bilimsel araştırma için ilgi çekici bir konu olarak ortaya çıkmakta ve ayrıntılı ilaç tasarımı, geliştirme araştırmaları ve klinik kullanım için olanaklar sunmaktadır (Uzair vd., 2018). Akrep zehrinin güçlü toksisitesinden yararlanılarak, tarihsel olarak çeşitli bölgelerde tıbbi amaçlarla kullanılmış ve bu güçlü zehrin içindeki terapötik bileşenleri ortaya çıkarmak için devam eden bir arayış teşvik edilmiştir. Akrep zehrinin terapötik özellikleri, ağırlıklı olarak 20-90 amino asitten oluşan ve çeşitli biyolojik aktiviteler sergileyen, genellikle akrep toksinleri olarak adlandırılan küçük moleküllü peptitler sınıfından kaynaklanmaktadır (Hmed vd., 2013).

Akrep zehri peptitleri genel olarak disülfür köprülü peptitler (DBP'ler) ve disülfür köprüsüz peptitler (NDBP'ler) olarak kategorize edilebilir. DBP'ler (13-70 amino asit) üç veya dört disülfür köprüsü içerir ve sodyum (NaTx), potasyum (KTx), kalsiyum (CaTx), klorür (ClTx) ve iyon kanalı geçirgenliğini düzenleyen TRP kanal toksinlerini içerir (Cid-Uribe vd., 2020; Peter Muiruri vd., 2023). Akrep fuscus'a ilişkin spesifik çalışmalar eksik olsa da, ilgili türler farmakolojik olarak değerli zehirler göstermektedir. Örneğin, Akrep maurus fosfolipazları integrinlerle etkileşime girerek anjiyogenezisi ve tümör hücresi invazyonunu engeller (Krayem vd., 2018a, 2018b). Ek olarak, Abdel-Rahman vd. (2013) Scorpio palmatus zehrinde 65 peptit/protein (413–14.009 Da) tanımladı ve terapötik potansiyeli vurgulayan toksin benzeri ve antimikrobiyal diziler buldu (Abdel-Rahman ve diğerleri, 2013). Başlangıçta hem Buthus palmatus hem de Scorpio maurus'un bir alt türü olarak ele alınan Scorpio fuscus'u çevreleyen taksonomik belirsizlik göz önüne alındığında , şu anda ayrı bir tür olarak tanınması öncelikle son morfolojik, ekolojik ve davranışsal değerlendirmelere dayanmaktadır.

Bu nedenle, mevcut çalışmanın amacı, jel bazlı bir proteomik yaklaşım kullanarak Akrep otu (Scorpiones: Scorpionidae) zehrinde bulunan protein ve peptitleri tanımlamak, toksin dizilerine ışık tutmak, zehrin işlevini anlamak ve proteomik açıdan moleküler çeşitliliğini ortaya koymaktır. Bu çalışma, akrep zehrinin farmakolojik etkilerinin anlaşılmasını genişleterek ilaç geliştirme ve klinik araştırmalar için yeni yollar sunmaktadır.


Bölüm Parçacıkları


Akrep örneklerinin toplanması, akrep zehirlerinin elde edilmesi ve saklanması

Zehir sağımı için kullanılan akrep fuscus örnekleri, Adana İli Kozan İlçesi'nden (Eski Mantaş Köyü, 37°31′30″K, 35°54′22″D, 434 m ve Eski Kabasakal Köyü, 37°26′09″K, 35°51′23″D, 158 m) 08-14 Temmuz 2021 ve 07-16 Temmuz 2022 tarihleri arasında toplandı. Akrepler, hindistancevizi torfu ve saklanma kabı içeren 5 L'lik kaplarda tutuldu ve cırcır böcekleri, çekirgeler ve Tenebrio molitor larvalarıyla beslendi . Örnekler karbondioksit anestezisi uygulandıktan sonra sağıldı, 12V/25A elektrik stimülasyonu kullanıldı.


Sonuçlar ve tartışma

Akrep fuscus'un (Scorpiones: Scorpionidae) zehir proteinleri, LC-MS/MS ile de novo protein karakterizasyonu kullanılarak tanımlandı . Tek boyutlu poliakrilamid jel elektroforezinin (%8, 15 ve 20) ardından (Şekil 1), on bant çıkarıldı ve jel içi tripsin sindirimi ve LC-MS/MS'ye tabi tutuldu (Şekil 2). Bu on bant kullanılarak, yedi banttan 84 protein ve peptit, DENOVO, PEAKS ve SPIDER araması için Peaks Studio (sürüm 10.5) kullanılarak tanımlandı (Tablo 1 ve Ek Tablo S1).


Çözüm

Sonuç olarak, Akrep fuscus zehrinin bu kapsamlı proteomik analizi, örnek karmaşıklığını azaltmak ve sağlam protein tanımlaması elde etmek için güvenilir ve yaygın olarak uygulanan bir strateji olarak LC-MS/MS analizinden önce SDS-PAGE tabanlı dekompleksiyonu kullanarak, zehir proteinlerinin potansiyel terapötik uygulamalarına dair değerli bilgiler sunmaktadır. Mevcut yaklaşım etkili protein tanımlamasına olanak sağlasa da, RP-HPLC tabanlı fraksiyonlama gibi tamamlayıcı tekniklerin


CRediT yazarlık katkı beyanı

Hasan Ufuk Çelebioğlu: Yazım – inceleme ve düzenleme, özgün taslak yazımı, Metodoloji, Araştırma, Veri derleme, Kavramsallaştırma. Sinan Kandır: Yazım – özgün taslak yazımı, Metodoloji, Veri derleme. Çiğdem Gökçek-Sarac: Yazım – özgün taslak yazımı, Metodoloji, Araştırma. Ersen Aydın Yağmur: Yazım – özgün taslak yazımı, Metodoloji, Araştırma. Birte Svensson: Yazım – inceleme ve düzenleme, Metodoloji. Serdar Karakurt: Yazım – inceleme ve düzenleme, özgün taslak yazımı, Finansman


Veri kullanılabilirliği beyanı

Kütle spektrometrisi proteomik verileri , veri seti tanımlayıcısı MSV000095748 (FTP İndirme Bağlantısı; ftp://MSV000095748@massive.ucsd.edu ) ile ortak havuz aracılığıyla MassIVE Veritabanına ( https://massive.ucsd.edu/ProteoSAFe/static/massive.jsp ) yüklendi .


Etik beyan

Yazarlar bu makalenin hazırlanmasında bilimsel yayınlara ilişkin uluslararası etik kurallara uyulduğunu beyan ederler.


Finansman kaynakları

Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK; Destek No. 120Z942) ve Selçuk Üniversitesi Araştırma Vakfı (BAP, Destek No. 21401070) tarafından desteklenmiştir.


Rekabet eden çıkar beyanı

Yazarlar, bu makalede bildirilen çalışmayı etkileyebilecek bilinen herhangi bir rekabet eden mali çıkarlarının veya kişisel ilişkilerinin olmadığını beyan etmektedirler.

Teşekkürler

Yazarlar, kütle spektrometrisi analizlerindeki yardımları için DTU Biyomühendislik Proteomiği Anabilim Dalı'ndan Dr. Marie Vestergaard Lukassen'e içtenlikle teşekkürlerini sunarlar. Belirtilen bölgelerdeki akrep toplama çalışmalarına katkılarından dolayı Özgün Sipahioğlu'na şükranlarımızı sunarız.


Referanslar (75)

Bu makalenin tam metin versiyonunda daha fazla referans mevcuttur.



Bu bilgiler https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0041010125002818 bağlantısından alınmıştır ve ScienceDirect'in telif hakları altındadır.

 
 
 

Yorumlar

bottom of page