1999-06 Anwendung von Schlangengiftproteinen in der Medizin

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Übersicht
Schweiz Med Wochenschr 1999;129:205–16
Peer reviewed article
Anwendung von Schlangengiftproteinen in der Medizin
K. Stocker
Summary
Use of snake venom proteins in medicine
Snakes feed exclusively on freshly killed prey
animals which, following their immobilization, have to be swallowed whole. Venomous
snakes effect prey immobilization by injection
of their venom. Snake venoms are highly concentrated, complex mixtures of individual proteins which, either as enzymes, enzyme effectors or blocking ligands, acting as single agents
or in synergistic conjunction with other venom
components, modify vital structures of the prey
organism to destroy their biological function.
Predominantly neurotoxic venoms paralyze
respiratory activity by pre- or postsynaptic
blockade of neuromuscular transmission.
Predominantly haemocytotoxic snake venoms
contain components which interact with proteins of the haemostasis, kallikrein or complement system, causing blood volume loss, hypotension or intravascular coagulation which
finally lead to circulatory failure. Several isolated snake venom proteins with a known mode
of action have found practical application as
pharmaceutical agents, diagnostic reagents or
preparative tools in the field of haemostaseology, neurobiology and complement research.
Keywords: snake venom; haemostaseology;
neurobiology; proteinases; neurotoxins
Zusammenfassung
Schlangen ernähren sich ausschliesslich von
frisch erlegten Beutetieren, die sie nach deren
Ruhigstellung als Ganzes verschlingen. Giftschlangen erzielen die Ruhigstellung der Beute
durch Applikation ihres Giftes. Schlangengifte
sind hochkonzentrierte, komplexe Gemische
individueller Proteine, die als Enzyme, Enzymeffektoren oder blockierende Liganden, einzeln
Abkürzungen
ADP
Adenosindiphosphorsäure
APC
Aktiviertes Protein C
AT-III
Antithrombin III
αBtx
α-Bungarotoxin
α2-M
α2-Makroglobulin
FDP
Fibrin(ogen)degradationsprodukte
nACh
Nikotin-Acetylcholin
PF3
Plättchenfaktor 3
PLA2
Phospholipase A2
PAI
Plasminogenaktivator-Inhibitor
PC
Protein C
PS
Protein S
RVV-V
Russell-viper-Faktor V-Aktivator
RVV-X
Russell-viper-Faktor X-Aktivator
vWF
von Willebrand-Faktor
oder im synergistischen Verband mit anderen
Giftkomponenten, lebenswichtige Strukturen
in Beuteorganismen derart verändern, dass deren biologische Funktion zum Erliegen kommt.
Vorwiegend neurotoxisch wirkende Gifte lähmen durch prä- oder postsynaptische Blockade
der neuromuskulären Nervenreizübertragung
die Atmung. Vorwiegend hämozytotoxisch
wirkende Schlangengifte verfügen über Komponenten, die mit Proteinen des Hämostase-,
Kallikrein- oder Komplementsystems interagieren, Blutvolumenverlust, Blutdrucksenkung oder intravasale Koagulation auslösen
und dadurch ein Kreislaufversagen verursachen. Einige isolierte Schlangengiftproteine
mit bekannter Wirkungsweise haben als pharmazeutische Wirkstoffe, als diagnostische
Reagenzien oder als präparative Hilfsmittel
eine praktische Anwendung im Bereich der
Hämostaseologie, der Neurobiologie und des
Komplementsystems gefunden.
Korrespondenz:
Dr. Kurt Stocker,
Postfach 27,
CH-3981 Obergesteln
205
Übersicht
Schweiz Med Wochenschr 1999;129: Nr 5
Einleitung
Schlangen sind fleischfressende Kriechtiere, die
sich ausschliesslich von frisch erlegter Beute
ernähren, die als Ganzes verschlungen werden
muss, weil der Schlangenkörper weder über
Greifwerkzeuge noch über Schneide- oder
Mahlzähne verfügt. Das Verschlingen grosser,
unzerkleinerter Beute – sie kann bis zu einem
Sechstel des Körpergewichts der Schlange
wiegen – wird durch einen besonders beweglichen Aufbau der Schlangenkiefer, durch eine
bis zur Mundspitze geführte Luftröhre und
durch eine besonders dimensionierte, sich über
ein Drittel der Körperlänge erstreckende Lunge
ermöglicht. Eine weitere für den Schlingakt unerlässliche Voraussetzung ist die Ruhigstellung
der oft wehrhaften, flinken Beute, die oberirdisch, unterirdisch, im Wasser oder auf Bäumen erjagt oder erlauert wird und laufend,
wühlend, schwimmend oder fliegend flüchten
kann.
Die ungiftigen Schlangen, also die meisten aller Arten, erzielen die Ruhigstellung ihrer Beute
durch Muskelkraft: Sie umschlingen das
erbeutete Tier und pressen dessen Körper so
zusammen, dass Atmung und Blutkreislauf
aussetzen. Allerdings sezernieren auch viele als
ungiftig bezeichnete Schlangenarten aus ihren
Oberlippendrüsen Proteine, welche im Experiment, nach parenteraler Verabreichung an
Mäusen, tödlich wirken, die sich aber frei in
die Mundhöhle fliessend mit dem Speichel vermischen und keine Giftwirkung entfalten.
Möglicherweise spielen solche Substanzen bei
der Verdauung der Beute eine Rolle. Die etwa
300 eigentlichen Giftschlangenarten der Erde
haben jedoch im Verlaufe ihrer Entwicklung
hochwirksame Gifte und spezielle Werkzeuge
zur Giftadministration erworben. Zur Ruhigstellung wird der Beute mittels speziell ausgebildeter, mit einer Rille oder einem Kanal
versehener Zähne, unter Betätigung eines an
die Giftdrüse angelagerten Muskels, willkürlich eine angemessene Dosis Sekret eingespritzt.
Schlangengifte sind komplexe, hochkonzentrierte Gemische von verschiedenen Proteinen
und Oligopeptiden, die teils als Enzyme, teils
als Enzyminhibitoren und teils als blockierende
Liganden lebenswichtige Strukturen im Beuteorganismus schädigen und ihn auf diese Weise
für den Schlingakt ruhigstellen. Während der
Wirkungsmechanismus einzelner Giftkomponenten und ihr Beitrag zur Gesamttoxizität verständlich erscheint, ist die Rolle anderer Giftkomponenten aus folgenden Gründen noch
weitgehend unklar:
206
– Synthese, intra- und extrazellulärer Transport, Sekretion, Speicherung und Regeneration von Giftproteinen bilden einen noch
wenig verstandenen Prozess, in dem vermutlich auch ungiftige Proteine eine Rolle spielen, die mit dem Gift ausgestossen werden
[1].
– Viele Schlangengiftenzyme wirken speziesspezifisch, tödlich für den Zielorganismus,
relativ harmlos für andere Arten.
– Giftproteine, die im gereinigten Zustand
eine geringe Toxizität aufweisen, können
wesentlich zum Synergismus der gesamten
Giftwirkung beitragen.
– Ungiftige Bestandteile des Giftdrüsensekrets
können eine Rolle bei der Verdauung der
Nahrung spielen [2].
– Giftenzyme, wie zum Beispiel l-Aminosäureoxidase, können durch Peroxidbildung eine
antimikrobielle Wirkung während der
zeitbeanspruchenden Nahrungsverdauung
ausüben. Die in vielen Giften enthaltenen
DNasen und RNasen können möglicherweise mit der Nahrung aufgenommene
Viren inaktivieren.
– Die Koevolution von Giftschlangen und
Beutetieren kann zu rudimentären Wirkstoffen, die für das aktuelle Beuteangebot
überflüssig geworden sind, geführt haben.
Die wichtigsten Angriffspunkte der Schlangengifte bei der Beuteimmobilisierung sind Zellmembranen, Proteine und Polysaccharide der
Gefässwand und des Bindegewebes sowie Plasmaproteine, die als Zymogene, Enzyme, Effektoren oder Substrate am Hämostase-, Fibrinolyse-, Komplement- oder Kininsystem beteiligt
sind.
Viele Schlangengiftproteine ahmen die Funktion eines ähnlich wirkenden, physiologischen
Gegenstücks im Beuteorganismus nach.
Während jedoch der physiologische Wirkstoff
der Beute einem biochemischen Kontrollsystem unterliegt, entziehen sich Schlangengiftproteine dieser Regelung, indem sie unabhängig von Kofaktoren wirken, einer Hemmung
durch Inhibitoren oder einer Inaktivierung
durch Proteolyse widerstehen.
Grundsätzlich wird zwischen zwei Typen von
Schlangengiften unterschieden, den vorwiegend neurotoxischen und den vorwiegend hämozytotoxischen Giften. Etliche Gifte enthalten sowohl neurotoxische als auch hämozytotoxische Bestandteile, und ausserdem können
einzelne Komponenten sowohl hämozytotoxisch als auch neurotoxisch wirken. Ihrer
pathophysiologischen Wirkung entsprechend,
Übersicht
werden isolierte Schlangengiftproteine als
Toxine, in Muskelgewebe-zerstörende Myotoxine, Nervenreizübertragung-hemmende Neurotoxine, Herzmuskelzellen-schädigende Cardiotoxine, Gefässwand-schädigende Hämorrhagine und in endothelinartig wirkende,
Herzkranzgefässe kontrahierende Sarafotoxine eingeteilt. Mit dieser Klassierung können
jedoch die zahlreichen in Schlangengiften enthaltenen Enzyme und Enzymeffektoren [3, 4],
deren biochemische Wirkung sich vielfältig
und nicht immer toxikologisch eindeutig auf
den Beuteorganismus auswirkt, nicht erfasst
werden. Internationale Gremien aus Biochemie, Toxikologie und Hämostaseologie bemühen sich um eine sinnvolle Nomenklatur
und Ordnung dieser Enzyme.
Gereinigte Schlangengiftenzyme mit einem
bekannten Wirkungsmechanismus und einer
definierten Substratspezifität haben eine vielseitige therapeutische, diagnostische und präparative Anwendung im Bereich der Hämo-
staseologie gefunden. Demgegenüber sind nur
wenige praktische Anwendungen von Schlangengiftproteinen in anderen biochemischen
und biomedizinischen Disziplinen bekannt.
Neurotoxine haben in der neurobiologischen
Forschung und in entsprechenden diagnostischen Verfahren eine beträchtliche praktische Bedeutung erlangt. Phospholipasen aus
Schlangengiften können in der Phospholipidanalyse und Nucleotidasen zur Genomanalyse
eingesetzt werden. Bei der Erforschung des
Komplementsystems haben Schlangengiftproteine ebenfalls eine gewisse Bedeutung erlangt.
Schlangengiftkomponenten können schliesslich als Strukturmodelle bei der Arzneimittelentwicklung dienen. Ein bekanntes Beispiel
besteht in der Entwicklung von synthetischen
Inhibitoren des Angiotensin-konvertierenden
Enzyms als Antihypertensiva in Anlehnung an
das Strukturvorbild eines Oligopeptids aus
dem Gift der Bothrops jararaca [5].
Auf das Hämostasesystem wirkende Schlangengiftproteine
Der Mensch, dessen Hämostasesystem besser
erforscht ist als das aller anderen Lebewesen,
kam zwar nie als Beute für Giftschlangen in
Frage. Es darf aber angenommen werden, dass
jene Zellen-, Plasma- und Gewebeproteine, die
zur Hämostase beim Menschen führen, in einer
artspezifischen Form auch bei anderen Säugetieren vorkommen. Da die Struktur der Gerinnungsfaktoren aller Wirbeltierarten homologe
Bereiche aufweist und da sich die verschiedenen Gerinnungsfaktoren wahrscheinlich aus
wenigen Urmolekülen entwickelt haben, können Schlangengiftproteine, obschon mit artspezifischer Präferenz, auch mit menschlichen
Gerinnungsfaktoren reagieren, sogar mit solchen, deren Existenz bei primitiveren Wirbeltieren gar nie nachgewiesen werden konnte.
Demgegenüber führen bei Nichtsäugetieren
biochemische Systeme zur Blutstillung, die
durch das Fehlen von Plättchen, der Kontaktphase, der endogenen Prothrombinaktivierung, oder der Fibrinolyse gekennzeichnet
sind. Unter Berücksichtigung dieser Besonderheiten wird eine unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Tierarten auf blutkoagulierende Schlangengiftproteine verständlich.
Tiere wie Vögel und Reptilien, die nicht über
die Fähigkeit zur Fibrinolyse verfügen, werden
beispielsweise empfindlicher auf fibrinogenkoagulierende Schlangengiftenzyme reagieren als
Säugetiere mit einem wirksamen Fibrinolysesystem.
Die Evolution der Giftschlangen hat zahlreiche
Schlangengiftproteine hervorgebracht, die aktivierend oder inaktivierend in beinahe alle Phasen des menschlichen Hämostasesystems eingreifen. Mehrere dieser Proteine haben als diagnostische Reagenzien oder als therapeutische
Wirkstoffe eine Anwendung in der Humanmedizin gefunden. Einige Schlangengiftenzyme
finden auch Anwendung als präparative Hilfsmittel bei der Gewinnung von Plasmafraktionen für therapeutische oder diagnostische
Zwecke. Im Auftrag der Internationalen Gesellschaft für Thrombose und Hämostase klassierte ein Sonderausschuss (Registry of Exogenous Hemostatic Factors) bisher über 250 auf
das Hämostasesystem wirkende Schlangengiftproteine in folgenden, periodisch aktualisierten Inventarien: thrombinartige Enzyme [6],
exogene Prothrombinaktivatoren [7], Fibrinogenasen [8], plättchenaggregierende Substanzen [9], hämorrhagische Faktoren [10], die
Prothrombinaktivierung beeinflussende Substanzen [11], Plättchenaggregation-hemmende
Substanzen [12].
Abbildung 1 vermittelt eine schematische, kaskadenartige Darstellung der wichtigsten Blutgerinnungsreaktionen und der Angriffspunkte
von Schlangengiftproteinen in diesem System.
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Übersicht
Abbildung 1
Schematische Darstellung wesentlicher Blutgerinnungs- und Fibrinolysereaktionen. Kontakt mit einer benetzbaren, elektronegativen
Oberfläche löst den endogenen Aktivierungsvorgang aus: Plättchen adhärieren, aggregieren und setzen Phospholipide frei. Aus der
Kontaktaktivierung wird über den endogenen
Weg der Tenasekomplex und daraus F.Xa
gebildet. Faktor Xa vereint sich mit F.Va zum
Prothrombinasekomplex, der Prothrombin
zu Thrombin aktiviert. Im Tenase- und der
Prothrombinasekomplex sind die beteiligten
Gerinnungsfaktoren in Anwesenheit von
Kalziumionen auf Phospholipidmizellen (PL)
vereinigt. Über den exogenen Weg aktiviert
Gewebethromboplastin (TF, Tissue Factor)
F.VII. Faktor VIIa aktiviert F.X direkt. Die
Angriffspunkte von Schlangengiftproteinen
im System sind mit dem Symbol ♣ gekennzeichnet.
Wirkung auf Thrombozyten
Enzyme: Aus Plättchen freigesetzte Phospholipide (PF3) werden durch die in allen
Schlangengiften enthaltenen Phospholipasen
A2 (PLA2), unter Abspaltung des ungesättigten Fettsäurerestes in α-Position und Bildung
von Lysophosphatiden, verändert. Da aber die
Fettsäureketten der Phospholipide in intakten
Zellmembranen nicht zum extrazellulären
Plasma hin orientiert sind, bleibt der Einfluss
unspezifischer PLA2 auf die Plättchenfunktionen bescheiden. Zahlreiche SchlangengiftPLA2 besitzen jedoch nicht-katalytische Molekülregionen, die das Enzym mit grosser Affinität zu Rezeptoren spezifischer Ziele wie Nervenzellen, Muskelzellen, Erythrozyten oder
Plättchen dirigieren. In Schlangengiften wurden sowohl spezifische PLA2 mit einer stimulierenden als auch solche mit einer hemmenden
Wirkung auf Plättchenfunktionen gefunden [7,
12]. Eine aus dem Gift der Kreuzotter Vipera
berus isolierte basische PLA2, welche die Gerinnungsaktivität von Plättchen- und Hirnphosphatiden hemmt, wurde zur Bestimmung
von prokoagulierenden Phospholipiden in
Plasmaproben verwendet [13].
Die in vielen Schlangengiften enthaltenen 5Nucleotidasen spalten Adenosin-5-Diphosphat
208
und hemmen deshalb die durch ADP, Kollagen
oder Arachidonat ausgelöste Plättchenaggregation.
Thrombinartige Proteinasen, wie Thrombocytin [27] aus Bothrops-atrox- oder Crotalocytin
[28] aus Crotalus-horridus-Gift aktivieren die
Aggregation und das kontraktile System der
Plättchen. Da Thrombocytin durch den spezifischen Thrombininhibitor Hirudin nicht gehemmt wird, kann dieses Enzym zur Messung
thrombinabhängiger Plättchenfunktionen in
Hirudin-haltigem Plasma eingesetzt werden.
Nicht-enzymatische Schlangengiftproteine: In
den Giften asiatischer Crotaliden wurden als
Aggregoserpentine bezeichnete, nicht-enzymatische Proteine gefunden, die bereits in einer
Konzentration von 10 ng/ml eine Plättchenaggregation in Plasma auslösen.
Koagglutinine, die in Abhängigkeit von vonWillebrand-Faktor (vWF) die Aggregation
formolfixierter Plättchen verschiedener Wirbeltiere bewirken, wurden in den Giften mehrerer Bothrops-Arten nachgewiesen. Botrocetin®, das Koagglutinin aus dem Gift der B. neuwiedii und der B. jararaca, wird bei der quantitativen Bestimmung und Charakterisierung
von vWF in menschlichem und tierischem
Plasma verwendet [14].
Als Disintegrine werden hochwirksame plätt-
Übersicht
chenaggregationshemmende Schlangengiftpeptide wie Trigramin, Echistatin, Applaggin,
Bitistatin usw. bezeichnet, die in ihrer Peptidkette die Sequenz Arg-Gly-Asp (RGD) aufweisen. Diese RGD-Sequenz ist ein gemeinsames
Strukturmerkmal adhäsiver Proteine wie vWF,
Fibrinogen, Vitronectin, Fibronectin usw., und
dank dieser Sequenz vermögen die Disintegrine
die adhäsiven Funktionen der Integrine, spezifischer Membranrezeptoren für adhäsive Proteine, kompetitiv zu hemmen. Disintegrine dienen als Strukturmodelle bei der Entwicklung
aggregationshemmender Arzneimittel.
Wirkung auf Komponenten
der endogenen und exogenen
Prothrombinaktivierung
Wirkung auf Faktor X: Enzyme, die Faktor X
durch begrenzte Proteolyse aktivieren, wurden
in zahlreichen Schlangengiften gefunden. Der
Faktor-X-Aktivator aus dem Gift der Kettenviper Vipera russellii, RVV-X, wird in Gerinnungstests oder in photometrischen, mit chromogenen Substraten arbeitenden Methoden
zur Bestimmung von Faktor X sowie von Faktor-X-hemmenden Agenzien wie Heparin im
Plasma eingesetzt. Verschiedene Russell-ViperTests zum Nachweis von Lupus-Antikoagulans
setzen der Plasmaprobe RVV-X zur Aktivierung von Faktor X zu, der sich, in Anwesenheit
von Kalziumionen, zusammen mit Faktor Va
und Prothrombin auf der Oberfläche von Phospholipidpartikeln zum Prothrombinasekomplex vereinigt, aus dem nun Thrombin freigesetzt wird. In Anwesenheit von Anti-Phospholipid-Antikörpern ist die Bildung des Prothrombinasekomplexes gestört und die Gerinnungszeit der Probe entsprechend verlängert.
Da der RVV-Test bei Mangel an Faktor V oder
X und bei Medikation mit Vitamin-K-Antagonisten oder Heparin gestört ist, muss das Resultat jeweils durch zusätzliche Tests erhärtet
werden [15].
RVV-X wurde auch benutzt, um die enzymatische Verstärkerkaskade der Blutgerinnung an
eine Immunreaktion zu koppeln, um so die
Empfindlichkeit des Testsystems drastisch zu
erhöhen.
Wirkung auf Faktor IX: Der Faktor-X-Aktivator von V.-russellii-Gift, RVV-X, aktiviert auch
Faktor IX. Diese Eigenschaft wird in einem
spezifischen Radioimmunoassay für Faktor
IXa genutzt [16]. Die Methode beruht darauf,
dass das Zymogen F.IX sich nicht mit radiomarkiertem Antithrombin-III-Heparinkomplex verbindet, während RVV-X-aktivierter
Faktor IXa vom radiomarkierten Inhibitorkomplex gebunden wird.
Wirkung auf Faktor V: Das Gift der Vipera
russellii enthält nebst dem Faktor-X-Aktivator,
RVV-X, die Proteinase RVV-V, die Faktor V
aktiviert und daher zur Bestimmung von
Faktor V in Plasmaproben verwendet werden
kann. Dabei wird Faktor V in der Probe mit
RVV-V aktiviert, hierauf setzt man Faktor Xa,
Phospholipid und Kalziumionen zu, um den
Prothrombinasekomplex zu bilden, und fügt
schliesslich Prothrombin bei, aus dem nun
Thrombin gebildet wird. Das entstandene
Thrombin wird hierauf photometrisch, mit
einem synthetischen chromogenen Substrat
bestimmt. Die Thrombinbildungsrate ist proportional der vorhandenen Faktor-V-Konzentration [17].
Wirkung auf Faktor VII: Eine Prothrombinaktivator-Zubereitung aus dem Taipan
(O. scutellatus)-Gift erwies sich als hochwirksamer Aktivator für Faktor VII, und sein Einsatz bei der Herstellung von Faktor VIIa wurde
empfohlen [18].
Wirkung auf Prothrombin
In Schlangengiften wurden Proteinasen gefunden, die Prothrombin, bei jeweils unterschiedlichem Bedarf an Kofaktoren, in katalytisch
aktive Thrombinderivate umwandeln und solche, die Prothrombin zu inaktiven Fragmenten
degradieren. Für eine aktuelle Übersicht siehe
[19].
Von Kofaktoren unabhängige Prothrombinaktivatoren: Enzyme, die Prothrombin unabhängig von akzessorischen Faktoren aktivieren, wurden in den Giften von rund 20 verschiedenen Schlangenarten gefunden. Das am
häufigsten angewandte Enzym dieses Typs,
Ecarin aus dem Gift der Echis carinatus, katalysiert die Spaltung der 323Arg-324Ile-Bindung im Prothrombinmolekül und legt dadurch das aktive Thrombinzentrum frei, wobei
katalytisch aktives Meizothrombin entsteht,
das sich autokatalytisch zu α-Thrombin umwandelt. Im Gegensatz zum physiologischen
Prothrombinaktivator, Faktor Xa, aktiviert
Ecarin auch die unter Medikation mit Antivitamin-K-Antagonisten gebildete AcarboxyForm von Prothrombin sowie die Intermediärprodukte Prethrombin 1 und 2, in Abwesenheit von Ca++, Phospholipid und Faktor V.
Ecarin kann daher zur Bestimmung von Acarboxy-Prothrombin in Plasmaproben verwendet werden, aus denen zuvor intaktes Prothrombin durch Adsorption an Bariumsulfat
209
Übersicht
entfernt wurde [20]. Ecarin eignet sich besonders gut zur Bestimmung niedriger Prothrombinkonzentrationen und zum Nachweis von
Kontaminationen durch Prethrombin 2 in therapeutischen Plasmafraktionen [21].
Da das Produkt der Ecarinwirkung auf Prothrombin, Meizothrombin, durch Hirudin,
nicht aber durch Heparin-Antithrombin-IIIKomplex gehemmt wird, kann Ecarin auch zur
quantitativen Bestimmung von Hirudin im
Plasma eingesetzt werden. Zu diesem Zweck
wird das Blut eines Patienten unter Hirudintherapie auf vorgelegtem Heparin gesammelt.
Eine Probe davon wird mit Ecarin versetzt,
um Prothrombin in Meizothrombin umzuwandeln, das in einem konzentrationsabhängigen Verhältnis durch das Hirudin der
Probe gehemmt wird. Ungebundenes Meizothrombin wandelt Fibrinogen zu Fibrin um,
wobei die Gerinnungszeit proportional zur
Hirudinkonzentration ist [22]. Diese Methode
eignet sich auch zur Bestimmung von Polyethylenglykol-konjugiertem Hirudin [23] oder
zur Überwachung einer Therapie mit synthetischen Thrombininhibitoren wie Argatroban
oder Efegatran [24].
Der Prozess der Serumgewinnung aus Vollblut
durch spontane Gerinnung und Gerinnselretraktion kann durch Zusatz von Ecarin,
selbst in Anwesenheit von Heparin, wesentlich
beschleunigt werden. Die Reinheit des Ecarins
ist dabei allerdings von grösster Wichtigkeit,
Spuren von anderen Schlangengiftproteinen
wie Phospholipasen, Fibrinogenasen, Plättchenaggregationshemmer usw. würden die Serumprobe für analytische Zwecke unbrauchbar machen.
Von Phospholipid und Kalzium
abhängige Prothrombinaktivatoren
Die Gifte der australischen Elapiden, Oxyuranus und Pseudonaja-Spezies, enthalten Enzyme, die Prothrombin in Anwesenheit von
Phospholipid und Kalziumionen zu Thrombin
aktivieren [7]. Das entsprechende Rohgift der
Taipanschlange, O. scutellatus, wurde zur Prothrombinbestimmung [25] und zum Nachweis
von Lupus-Antikoagulans [26] eingesetzt.
Empfindlichkeit, Spezifität und Reproduzierbarkeit dieser mit Rohgift arbeitenden Tests
sind durch die Gegenwart eines zweiten, Phospholipid-unabhängigen Aktivators im ungereinigten Gift vermindert.
Aus dem Gift der Pseudonaja textilis konnte
das Enzym Textarin® isoliert werden, das, in
strikter Abhängigkeit von Phospholipid und
Kalziumionen, Prothrombin zu α-Thrombin
umwandelt. Die durch Textarin in Anwesen210
heit von Phospholipid und Kalziumionen ausgelöste Gerinnung von Citratplasma wird
durch Lupus-Antikoagulans proportional der
vorliegenden Antikörpermenge verzögert. Auf
diesem Prinzip aufgebaute Methoden gelten
zurzeit als die empfindlichsten Schnelltests zum
Nachweis von Lupus-Antikoagulans [15].
Wirkung auf Fibrinogen und Fibrin
Schlangengifte enthalten Enzyme, die, ähnlich
wie Thrombin, Fibrinogen zur Gerinnung bringen, solche, die Fibrinogen zu ungerinnbaren
Fragmenten hydrolysieren und solche, die bereits gebildetes Fibrin zu löslichen Spaltprodukten abbauen.
Thrombinartige Schlangengiftenzyme
In Schlangengiften wurden zwei Typen von
Proteinasen gefunden, die je einen Teil der bekannten Thrombinwirkungen ausüben: Enzyme wie Thrombocytin [27] und Crotalocytin
[28], die in erster Linie auf andere Thrombinsubstrate als Fibrinogen wirken, und Enzyme
wie Ancrod und Batroxobin, die Fibrinogen
koagulieren. Während sich eine praktische Anwendung von Thrombocytin und Crotalocytin
auf Forschungsarbeiten an den Faktoren V,
VIII und XIII und an Thrombozyten beschränkt, haben Fibrinogen-koagulierende Enzyme wie Ancrod und vor allem Batroxobin
eine vielseitige diagnostische und therapeutische Verwendung gefunden.
Antithrombotika: Thrombin katalysiert die
hydrolytische Abspaltung der Fibrinopeptide
A und B aus «gelöstem» Fibrinogen und führt
zur Bildung eines Netzwerks von geronnenem,
säurelöslichem Fibrin, das unter dem Einfluss
von Faktor XIII quervernetzt und stabilisiert
wird. Thrombin übt ausserdem noch zahlreiche Wirkungen auf Plasmaproteine, Blutkorpuskeln und Gewebe aus [29]. Die katalytische
Wirkung von Thrombin wird durch die plasmatischen Inhibitoren Antithrombin III, Heparin Kofaktor II und α2-Macroglobulin gehemmt.
Aus den Giften von Viperiden und Crotaliden
wurden bis heute 38 verschiedene thrombinartige Enzyme isoliert, die mit artabhängiger Präferenz die Abspaltung von Fibrinopeptid A
oder B oder von A und B aus Fibrinogen katalysieren und zur Bildung verschiedener Typen
von Fibrinmonomer führen. Jeder Monomertyp weist charakteristische Polymerisationsund Komplexbildungseigenschaften auf. Die
meisten thrombinartigen Schlangengiftenzyme
werden durch die bekannten Thrombininhibi-
Übersicht
toren des Plasmas nicht gehemmt. Einige von
ihnen greifen auch andere Proteine als Fibrinogen an, so zum Beispiel Crotalase aus dem
Gift der Crotalus adamanteus, die eine kallikreinartige Wirkung auf Kininogen ausübt,
oder Gyroxin aus dem Gift der C. durissus terrificus, das neurotoxische Eigenschaften besitzt.
Die thrombinartigen Enzyme Ancrod (Arwin®)
aus Calloselasma (Agkistrodon) rhodostoma
und Batroxobin (Defibrase®) aus Bothrops
atrox moojeni, die strikt substratspezifisch auf
die Aα-Kette von Fibrinogen wirken, haben
eine Anwendung als Antithrombotika gefunden. Die Wirkungsweise dieser Substanzen
lässt sich am Beispiel Batroxobin wie folgt erklären: Nach subkutaner oder intravenöser
Administration katalysiert Batroxobin die
Spaltung der Bindung Aα16Arg-17Gly im
Plasmafibrinogen und führt zur ausschliesslichen Abspaltung von Fibrinopeptid A und zur
Entstehung von monomerem Fibrin I. Fibrin I
stimuliert die Freisetzung von Plasminogenaktivator aus dem Endothel, potenziert die Plasminogenaktivierung und wird selbst durch das
entstehende Plasmin zu ungerinnbaren Fragmenten abgebaut. Über diesen Mechanismus
erfolgt eine dosisabhängige Senkung der Fibrinogenkonzentration im Plasma und Reduktion
der Viskosität und der Gerinnbarkeit des Blutes. Diese Eigenschaften und Wirkungen von
Batroxobin werden zur Verhütung der Entstehung und Ausbreitung von Thrombosen, zur
Steigerung der kapillaren Blutzirkulation, zur
Steigerung der Sauerstoffzufuhr und zur Unterstützung medikamentöser Fibrinolyse eingesetzt.
Hämostyptika: Ausgehend von ersten Beobachtungen [30], wonach das ungerinnbare Blut
eines hämophilen Patienten nach Zusatz von
1:10 000 verdünntem V.-russellii-Gift prompt
koagulierte, erschienen mehrere blutstillende
Medikamente aus diesem Gift, unter den Warennamen Stypven, Rusven, Styptamin, Styptol, Stypticin usw., auf dem Arzneimittelmarkt.
Ausgelöst durch die Beschreibung einer wenig
toxischen «Hämokoagulase» genannten Fraktion aus dem Gift der Bothrops jararaca [31],
wurden derart viele verschiedene Präparate angeboten, dass sich der Panamerikanische Pharmazeutenkongress 1948 in einer Sondersession
mit Fragen der Qualitätskontrolle dieser Mittel befassen musste.
Die zurzeit verfügbaren Hämostyptika aus
Schlangengift, Reptilase® und Botropase®, enthalten Batroxobin aus dem Gift der Bothrops
atrox respektive das thrombinartige Enzym
aus dem Gift der B. jararaca [32]. Im Gegen-
satz zu Thrombin, das aus Fibrinogen beide Fibrinopeptide, A und B abspaltet und ein festes
Gerinnsel aus Fibrin II bildet, katalysieren
diese thrombinartigen Enzyme lediglich die
Abspaltung von Fibrinopeptid A und führen
zur Entstehung von Fibrin I. Fibrin I ist ein bevorzugtes Substrat sowohl für Thrombin als
auch für Plasmin [33]. Intravasal gebildetes Fibrin I wird darum durch Plasmin umgehend zu
ungerinnbaren Degradationsprodukten abgebaut, während extravasal vorliegendes Fibrin I
am Ort einer Verletzung durch generiertes
Thrombin rasch zu Fibrin II verfestigt wird.
Im Gegensatz zu thrombingebildetem Fibrin II,
das in verdünnter Essigsäure nicht löslich ist,
geht batroxobingebildetes Fibrin I nach Zusatz
von etwas Essigsäure sofort in Lösung und geliert wieder, wenn die Säure neutralisiert wird.
Dieses besondere Verhalten von Fibrin I wird
zur Herstellung eines chirurgischen Gewebeklebers und Hämostyptikums, Vivostat®, aus
dem Eigenblut chirurgischer Patienten genutzt:
Vor der Operation steril entnommenes Blut
wird zentrifugiert, das Plasma gesammelt und
unter Zusatz von biotinyliertem Batroxobin
zur Gerinnung gebracht. Das Gerinnsel aus Fibrin I wird in konzentrierter Form in verdünnter Essigsäure gelöst, und das Biotinylbatroxobin wird mittels Avidinagarose entfernt. Die
nunmehr batroxobinfreie, konzentrierte Fibrin-I-Lösung bildet die erste Kleber-Komponente. Die zweite Komponente ist eine zur
Neutralisation der Essigsäure geeignete Pufferlösung. Die beiden Komponenten werden mit
einer geeigneten Sprayvorrichtung simultan
auf die Wunde appliziert, wobei sofortige Polymerisation, Blutstillung und allmähliche Verbindung mit dem umliegenden Gewebe erfolgt.
Durch die Verwendung von Eigenblut statt
tierischen Blutprodukten oder Substanzen aus
Spenderblut werden eine Kontamination mit
BSE-Prionen oder Infektionen mit Aids- oder
Hepatitis-Viren sowie immunologische Unverträglichkeiten ausgeschlossen.
Diagnostische Anwendung: Die Thrombin-Gerinnungszeit von Plasma ist bei thrombinhemmender Medikation (Heparin, Hirudin oder
synthetische Inhibitoren), bei niedrigem Fibrinogengehalt und bei Vorliegen einer vererbten
oder erworbenen Störung der Fibrinpolymerisation wie Dysfibrinogenämie, Paraproteinämie und Fibrin(ogen)-Degradationsprodukten (FDP) verlängert. Demgegenüber ist
die Batroxobin-Gerinnungszeit (Reptilasezeit)
lediglich bei gestörter Fibrinpolymerisation
und niedrigem Fibrinogengehalt verlängert,
während thrombinhemmende Medikamente
keine Verlängerung bewirken. Die parallele Be211
Übersicht
stimmung von Thrombin- und Reptilasezeit
trägt daher wesentlich zur Aufklärung der
Ursachen gestörter Fibrinbildung bei.
Batroxobin wird auch zur Bestimmung von Fibrinogen in Plasma verwendet. Für eine Gerinnungsmethode wird aus den Reptilasezeiten
einer Plasmaverdünnungsreihe mit Fibrinogenkonzentrationen von 40 bis 170 mg% eine
Eichkurve erstellt. Anhand dieser Eichkurve
können Reptilasezeiten von Plasmaproben
direkt in Fibrinogenkonzentrationen konvertiert werden. Eine automatisierbare photometrische
Fibrinogenbestimmungsmethode
misst die Trübungszunahmerate einer Plasmaprobe nach Zugabe von Batroxobin [34].
Da Batroxobin, im Gegensatz zu Thrombin,
bei Thrombozyten keine Aggregations- und
Freisetzungsreaktionen auslöst, bildet es mit
plättchenreichem Plasma ein nicht retrahierendes Gerinnsel. Ein retrahierendes Gerinnsel
entsteht jedoch dann, wenn dem Plasma ein
plättchenaktivierendes Agens wie ADP, Kollagen, Thrombin usw. zugesetzt wird. Die durch
solche Zusätze stimulierte Gerinnselretraktion
wird in einem dosisabhängigen Verhältnis
durch Antiaggregantien gehemmt. Eine quantitative, volumetrische oder mechanische Auswertung der Reptilase-Gerinnselretraktion kann
beispielsweise zur Untersuchung von Arzneimittelwirkungen auf Plättchenfunktionen eingesetzt werden.
Plasmadefibrinierung: Batroxobin kann zur
Entfernung von Fibrinogen aus Plasmaproben
verwendet werden, die zur immunologischen
Bestimmung von Fibrin(ogen)-Degradationsprodukten, zur elektrophoretischen Analyse
von Plasmaproteinen, zur quantitativen Bestimmung von Faktor VIIa oder zur kontinuierlichen Messung der Thrombinbildung
bestimmt sind [35]. Batroxobin wurde auch
benutzt, um Fibrinogen aus therapeutischen
Faktor-VIII-Konzentraten abzutrennen.
Forschungsreagenzien: Thrombinartige Schlangengiftenzyme werden zur Untersuchung molekularer Wechselwirkungen zwischen Fibrinogen und anderen Plasmaproteinen, Gewebeproteinen und verschiedenen Zellen eingesetzt.
Ausserdem werden thrombinartige Enzyme
verwendet, um die Bedingungen und die Kinetik der Fibrinmonomer-Bildung zu erforschen
und um die Vereinigung dieser Monomere zu
verschiedenen Fibrintypen und deren Stabilisierung durch Faktor XIII zu untersuchen.
Fibrino(geno)lytische Enzyme
Die Gifte einer grossen Zahl von Vipernarten
enthalten Metalloproteinasen, welche die
Hydrolyse von denaturiertem, plasminogen212
freiem Fibrin katalysieren, und die meisten dieser Enzyme sind auch befähigt, natives Fibrin
und Fibrinogen zu verdauen. Diese Fibrinogenasen unterscheiden sich in ihrer Substratspezifität. Einige davon spalten spezifische
Bindungen in der Aα- und/oder Bβ-Kette von
Fibrinogen, während andere mit einer breiten
Spezifität auch andere Plasma- und Gewebeproteine als Fibrinogen und Fibrin angreifen
und eine hämorrhagische Wirkung entfalten.
Dementsprechend werden solche Metalloproteinasen auch als Hämorrhagine bezeichnet.
Für eine Übersicht siehe [36].
Fibrolase, eine aus dem Gift der Agkistrodon
contortrix isolierte, gut charakterisierte Fibrinogenase mit einer günstigen enzymatischen
Spezifität, wird als potentieller antithrombotischer Wirkstoff erprobt. Fibrolase wurde auch
bereits mittels rekombinanter Technologie produziert [37].
Plasminogenaktivatoren: Aus dem Gift der Trimeresurus stejnegeri wurde eine Serinproteinase, TSV-PA, isoliert, welche die Arg561Val562-Bindung von Plasminogen spaltet und
dadurch zur Bildung von Plasmin führt [38].
Die Primärstruktur von TSV-PA konnte aus
der Sequenz der klonierten cDNA abgeleitet
werden. Plasminogenaktivatorinhibitor Typ 1
(PAI-1) hemmt TSV-PA nicht. TSV-PA stellt
möglicherweise ein Strukturmodell für die Entwicklung neuartiger Plasminogenaktivatoren
dar.
Wirkung auf das Protein-C-System
Vom Ort seiner Aktivierung in die Blutbahn abwanderndes Thrombin bildet mit dem in der
Gefässwand lokalisierten Thrombomodulin
einen Aktivatorkomplex, der das ZymogenProtein-C (PC) in aktiviertes Protein C (APC)
umwandelt. In Abwesenheit von Thrombomodulin bewirkt Thrombin nur eine sehr
langsame PC-Aktivierung. Aktiviertes Protein
C ist eine Proteinase, die stimuliert durch den
Kofaktor, Protein S (PS), die aktivierten Plasmafaktoren Va und VIIIa zerstört und dadurch
die Prothrombinaktivierung drastisch verlangsamt. Um die Bedeutung dieses Vorgangs ermessen zu können, sei an die Wirkung der
nichtenzymatischen Kofaktoren Va und F.VIIIa
erinnert: Als Komponente des Prothrombinasekomplexes potenziert Faktor Va die durch
Faktor Xa katalysierte proteolytische Umwandlung von inaktivem Prothrombin zu aktivem Thrombin und Faktor VIIIa, als Komponente des Tenasekomplexes beschleunigt er die
Aktivierung von Faktor X zu F.Xa durch die
Übersicht
Proteinase F.IXa. Die Wirkung der beiden Kofaktoren besteht wahrscheinlich im Vermitteln
optimaler molekularer Kontakte zwischen Aktivator und zu aktivierendem Zymogen. Bei
optimaler Konzentration an Kalziumionen und
Phospholipiden beschleunigt F.VIIIa die Aktivierung von F. X um das 190fache [39], und
Faktor Va bewirkt eine 235fache Beschleunigung der Prothrombinaktivierung durch F.Xa
[40]. Dementsprechend bewirkt die Inaktivierung von F.Va und VIIIa durch aktiviertes Protein C eine starke Verlangsamung dieser Aktivierungsreaktionen und dadurch des ganzen
Blutgerinnungsvorgangs. Zusammen mit den
plasmatischen Proteinaseinhibitoren bilden PC
und PS ein effizientes gerinnungshemmendes
System zur Verhütung intravasaler Gerinnung.
Da Menschen, die einen Defekt im Protein-CSystem aufweisen, einer erhöhten Thrombosegefahr ausgesetzt sind, ist quantitative und
qualitative Untersuchung des PC-Systems von
grosser diagnostischer Bedeutung. Das Protein-C-System kann durch Mangel oder Dysfunktion von PC oder PS, verzögerte Aktivierung von PC sowie durch Resistenz von Faktor
Va oder VIIIa gegen APC gestört sein.
Proteinasen, die mit speziesabhängiger Präferenz das Zymogen PC von Wirbeltieren in aktives APC umwandeln, wurden in mehreren
Schlangengiften entdeckt. Eine langsame PCAktivierung wurde mit RVV-X beobachtet, und
mit Batroxobin konnte in Anwesenheit von
Thrombomodulin eine Aktivierung erzielt werden. Das PC-aktivierende Enzym aus dem Gift
der nordamerikanischen Kupferkopfschlange
Agkistrodon contortrix, das unabhängig von
Kofaktoren eine rasche PC-Aktivierung bewirkt, findet unter dem Warenzeichen Protac®
eine breite Anwendung in der Untersuchung
des PC-Systems. Anders als bei der physiologischen, durch Thrombin katalysierten PC-Aktivierungen, die Thrombomodulin als Kofaktor benötigt, bewirkt Protac die direkte Umwandlung von PC in das aktive Enzym APC.
Das in einer Plasmaprobe durch Protac generierte APC kann nun entweder direkt mit einem
chromogenen Substrat oder in einem Gerinnungstest, anhand der verminderten generierbaren Thrombinmenge oder anhand der verlängerten Gerinnungszeit bestimmt werden
[41]. Die Versuchsanordnung kann auch so
gestaltet werden, dass die Wirkung des in der
Plasmaprobe vorliegenden PS erfasst wird [42].
Bei einer immunochromogenen PC-Bestimmung wird PC aus der Plasmaprobe mit einem
immobilisierten, monoklonalen Antikörper
eingefangen, mittels Protac aktiviert und mit
einem chromogenen Substrat quantitativ bestimmt [43].
Vererbte oder erworbene Defekte des PC-Systems, einschliesslich quantitative oder qualitative PC- oder PS-Anomalien, Antikörper gegen die Phospholipidkomplexe von PC und PS
sowie APC-resistente Mutanten von Faktor V
sind für eine grosse Zahl spontaner Thrombosen verantwortlich [44]. Eine generelle Prüfung
der funktionellen Integrität des PC-Systems,
einschliesslich seiner Substrate Faktor Va und
Faktor VIIIa ist darum von grossem diagnostischem Wert. Der Globaltest (PCAT) misst die
von der PC-Aktivierung und der Gerinnungsaktivierung abhängige Gerinnungszeit einer
Plasmaprobe nach gleichzeitigem Zusatz von
Kalziumionen, Protac und Thromboplastin
bzw. Partialthromboplastin [45].
Wirkung auf plasmatische
Proteinaseinhibitoren
In Schlangengiften wurden Proteinasen, die
verschiedene Serinproteinaseinhibitoren (Serpine) und sogar α2-Macroglobulin (α2-M)
inaktivieren, entdeckt. Für eine Übersicht
über Serpin-inaktivierende Metalloproteinasen siehe [46] und über α2-M-inaktivierende
Enzyme siehe [47]. Derartige Enzyme werden
diagnostischen Testsystemen zugefügt, wenn es
darum geht, den störenden Einfluss von plasmatischen Inhibitoren auszuschalten. So kann
man beispielsweise mittels CR-Serpinase aus
Causus-rhombeatus-Gift [48] das Antithrombin III (AT-III) einer Plasmaprobe inaktivieren,
um dadurch den störenden Effekt von Heparin
auszuschalten. Ein Enzym aus Bitis-arietansGift wird bei der Bestimmung von Plasminogenaktivator-Inhibitor (PAI) eingesetzt, um
störendes α2-Antiplasmin und α2-Macroglobulin zu inaktivieren [49].
Schlangengifte in der Neurobiologie
Nervenzellen bilden mit ihren faserigen
Fortsätzen ein Netzwerk zwischen Organen
und Geweben und dienen der raschen Übertragung von Signalen und Information. Die
Fortpflanzung von Impulsen innerhalb der
Nervenzelle erfolgt durch elektrische Ströme.
Die Reizübertragung von einer Nervenzelle zur
anderen wird durch Ausschüttung und Emp213
Übersicht
fang von chemischen Überträgersubstanzen,
Neurotransmittern, getätigt und läuft über
Synapsen genannte Schaltstellen. Der Bildung
und Freisetzung von Neurotransmittern gehen
komplexe physikochemische Reaktionen voraus, die in der Durchdringung der Zellmembran durch die Botenstoffe ihren präsynaptischen Abschluss finden. Postsynaptisch findet
die Reizübertragung ihre Fortsetzung in der
Durchdringung der Membran der Empfängerzelle durch den Botenstoff und in stromerzeugenden chemischen Reaktionen. Für eine detaillierte Darstellung der wesentlichen neurochemischen Reaktionen siehe [50].
Die Synapsen bilden hochempfindliche Angriffspunkte für die Neurotoxine der Schlangengifte, die entweder postsynaptisch den
Empfang von Neurotransmittern oder präsynaptisch die Aussendung dieser Botenstoffe
stören können. Eine Übersicht über Neurotoxine in Schlangengiften und ihre Wirkung
findet sich unter Referenz [51].
Postsynaptische Neurotoxine
Bis heute wurden über 100 postsynaptische
Neurotoxine aus Schlangengiften isoliert und
als basische Proteine mit Mr 6000 bis 8000
Dalton charakterisiert. Struktur und Wirkungsweise dieser postsynaptischen Neurotoxine wurden weitgehend aufgeklärt. Postsynaptische Neurotoxine binden mit unterschiedlich grosser Affinität an die Nikotin-Acetylcholinrezeptoren (nACh-Rezeptoren) der motorischen Endplatten und verhindern so die Übertragung eines Nervenreizes auf den Muskel.
Die Bindung zwischen Neurotoxin und Rezeptor ist im Falle von α-Bungarotoxin (α-Btx) aus
Bungarus-multicinctus-Gift praktisch irreversibel, im Falle von Toxin 3 aus dem Gift der
Naja naja siamensis jedoch reversibel.
Dichtbindende postsynaptische Neurotoxine
wie α-Btx finden eine praktische Anwendung
bei der Lokalisierung und Quantifizierung der
nACh-Rezeptoren in verschiedenen Geweben
und beim Studium der Rezeptorsynthese.
Dabei gelangen die Neurotoxine meistens in
Fluoreszenz- oder radioaktiv markierter Form
zum Einsatz. Immobilisiertes α-Btx wird auch
zur Isolierung der nACh-Rezeptoren aus
Gewebeextrakten mittels Affinitätschromatographie eingesetzt. Reversibel bindende Toxine
eignen sich zur Untersuchung kompetitiver
oder nichtkompetitiver Toxinbindung, Affinität zu verschiedenen Bindungstellen usw.
Präsynaptische Neurotoxine
Präsynaptische Neurotoxine verhindern bzw.
stimulieren über bislang wenig aufgeklärte Mechanismen die Freisetzung von Neurotransmittern.
Toxische Phospholipasen A2: Die bis heute
etwa 15 in reinem Zustand aus Schlangengiften
isolierten präsynaptischen Neurotoxine sind
toxische Phospholipasen A2 (PLA2), die aufgrund von Strukturmerkmalen den folgenden
4 Gruppen zugeordnet werden können: (a)
einkettige PLA2, (b) PLA2 mit einem kovalent
gebundenen Polypeptid, (c) Komplexe von
PLA2 mit potenzierenden oder hemmenden
Polypeptiden, (d) aus 3 bis 4 Untereinheiten bestehende PLA2-Komplexe. Die akzessorischen
Polypeptidmoleküle dieser Toxine sind mindestens teilweise für deren Zielausrichtung und
Bindungsaffinität verantwortlich. Die Wirkung dieser toxischen Phospholipasen erfolgt
in mehreren Phasen, wobei nach einer Lagphase zunächst die Transmitterfreisetzung
gehemmt, dann gesteigert und in einer letzten
Phase progressiv bis zur totalen Blockad
gehemmt wird.
Die verschiedenen präsynaptischen Neurotoxine werden als Hilfsmittel bei der Untersuchung jener Substanzen und Reaktionen eingesetzt, die nach einem elektrischen Reiz zur
Bildung eines Neurotransmitters und zu dessen
Penetration der Zellmembran und Freisetzung
führen.
Dendrotoxine: In Mambagiften (Dendroaspis
species) kommen stark basische, aus 57 bis 60
Aminosäuren bestehende Polypeptide (Dendrotoxine) vor, die in geringer Dosis die Freisetzung von Acetylcholin in Nerv-Muskelpräparaten stark erhöhen. Dendrotoxine sind
ausserdem starke, spezifische Hemmstoffe für
verschiedene Typen von Kaliumionenkanälen.
Dementsprechend werden diese Toxine zur
Charakterisierung von K-Ionenknälen eingesetzt.
Schlussfolgerungen
Die Koevolution von Giftschlangen und Beutetieren brachte eine Vielzahl von Giftkomponenten hervor, die punktuell oder breit gefächert, als Einzelwirkstoffe oder im syner214
gistischen Verband mit anderen Giftbestandteilen, lebenswichtige Strukturen in Beuteorganismen derart verändern, dass deren biologische Funktion zum Erliegen kommt. Dank
Übersicht
der einfachen Verfügbarkeit von Probematerial
ist die Wirkung vieler Schlangengiftproteine
auf menschliche Blutbestandteile, insbesondere
auf das Hämostasesystem, weitgehend erforscht und die Wirkungsweise vieler neurotoxischer Giftbestandteile aufgeklärt.
Einige isolierte Schlangengiftproteine mit
bekannter Wirkungsweise haben daher als
pharmazeutische Wirkstoffe, als diagnostische
Reagenzien oder als präparative Hilfsmittel
eine praktische Anwendung im Bereich der
Hämostaseologie, der Neurobiologie und des
Komplementsystems gefunden.
Die Gifte der rund 300 Giftschlangenarten
der Erde bergen jedoch noch zahlreiche, möglicherweise medizinisch nutzbare Proteine mit
bisher unerkannter Wirkung. Es ist aber zu
befürchten, dass das Erbgut vieler vom Aussterben bedrohter Giftschlangenspezies verschwindet, bevor wir die Rolle dieser Tiere im
biologischen Gleichgewicht begreifen und bevor wir die einzigartigen Wirkstoffe ihrer Gifte
erkennen und zu nutzen verstehen.
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1999-06 Anwendung von Schlangengiftproteinen in der Medizin

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