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ニセサンゴヘビRhinobothryum bovallii (Andersson, 1916)のデュベルノワ腺分泌のベノミクスとシナプスおよびダイアプス動物モデルに対する毒致死性の評価
Venomics of the Duvernoy's gland secretion of the false coral snake Rhinobothryum bovallii (Andersson, 1916) and assessment of venom lethality towards synapsid and diapsid animal models.
PMID: 32598980 DOI: 10.1016/j.jprot.2020.103882.
抄録
ボトムアップベノミクスを適用して明らかにされたニセサンゴヘビRhinobothryum bovallii (コスタリカ)のデュベルノワ腺分泌プロテオームは、3本指毒素(3FTx)、システインリッチ分泌タンパク質(CRISP)、ヘビ毒メタロプロテアーゼ(PIII-SVMP)の3つのタンパク質ファミリーに属する一握りの毒素で構成されています。PIII-SVMPの相対的な存在量にわずかな差があることを除いて、個体差によるものと思われるが、採取したR. bovalliiヘビの幼体と成体の毒プロテオーム間には、地理的な差異や遺伝的な変化の証拠は見られなかった。毒素は、主要な単量体（86.5%mol）とマイナーな二量体（2.8%mol）の3FTxsが支配的であった。毒のプロテオームの残りの10.7％はCRISP（8.2％）とPIII-SVMP（2.4％）の分子で構成されている。その結果、R. bovalliiの毒は哺乳類の獲物に対しては無毒であり、ニワトリのヒナやグリーンイグアナの赤ちゃんに対しては異なる毒性を示すことが明らかになった。イグアナモデルを用いたR. bovallii毒の毒物分析の結果、2つの3FTx RP-HPLC画分が全毒物の不可逆的な固定化効果を忠実に模倣していることが確認された。生物学的意義：Colubridae (sensu lato)科には2200種以上の種が生息しており、後指を持つヘビは先進的なヘビの現存種の約3分の2を占めています。医学的に問題となる毒蛇によるヘビ咬傷は、主にハシビロコウ科とエラップ科の前指を持つヘビによるものである。一方、後指を持つヘビは従来、毒を持たないと考えられてきたため、その毒は毒学の分野ではほとんど手つかずのままでした。しかし、後指を付けたヘビが命を奪い、致命的な被害を受けたという記録が増えてきたことで、ヘビの毒に興味を持つようになってきました。ボトムアップベノミクスを応用して、R. bovalliiのデュベルノワ腺分泌プロテオームは、3つのタンパク質ファミリーに属する一握りの毒素で構成されていることを明らかにしました。本研究では、3FTxが鳥類モデルと爬虫類モデルでは異なる効果を発揮することを初めて明らかにした。また、イグアナイグアナを対象とした毒物実験では、イグアナ毒の非可逆的な固定化効果を忠実に再現した3FTx画分が同定されました。本研究は、進化生態学的な文脈での毒の生物学的役割を調べるために、生物学的に関連した動物毒性モデルを用いることの重要性を強調するものである。
The Duvernoy's gland secretory proteome of the false coral snake Rhinobothryum bovallii (Costa Rica), unveiled applying bottom-up venomics, comprises a handful of toxins belonging to only three protein families, three-finger toxin (3FTx), cysteine-rich secretory protein (CRISP), and snake venom metalloprotease (PIII-SVMP). Except for small differences in the relative abundance of the PIII-SVMPs, which may be due to individual variability, no evidence of geographic variability or ontogenetic changes was found among the venom proteomes of the juvenile and adult R. bovallii snakes sampled. Major monomeric (86.5%mol) and minor dimeric (2.8%mol) 3FTxs dominate the toxin arsenal of the Costa Rican false coral snake. The remaining 10.7% of the venom proteome comprises CRISP (8.2%) and PIII-SVMP (2.4%) molecules. In vivo lethality assays showed that R. bovallii produces venom that is non-toxic towards mammalian prey, and which exerts a different toxic effect on domestic chicken chicks and baby green iguana. Toxicovenomic analysis of R. bovallii venom in the iguana model identified two 3FTx RP-HPLC fractions that faithfully mimicked the irreversible immobilizing effect of the whole venom. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: With more than 2200 species in family Colubridae (sensu lato), rear-fanged snakes comprise approximately two-thirds of the extant species of advanced snakes. Snakebites from venomous snakes that are of medical concern are predominantly from front-fanged snakes of families Viperidae and Elapidae. On the other hand, rear-fanged snakes have been conventionally considered non-venomous, and thus their venoms have remained a largely untapped area of venomics. However, increasing documentation of life-threadening, even fatal, envenomings from rear-fanged snakes has sparked interest in their venoms. Appying bottom-up venomics we have revealed that the Duvernoy's gland secretory proteome of R. bovallii comprises a handful of toxins belonging to only three protein families, with slow-acting three-finger toxins (3FTx) that are non-toxic towards mammalian prey and show preference towards diapsid taxa representing the dominant structural and functional proteins. Our work documents for the first time 3FTxs exerting different effect in an avian model than in a reptile model. Besides, the 3FTx fractions that faithfully mimicked the irreversible iguana-immobilizing effect of the whole venom were identified through toxicovenomic analysis of R. bovallii venom on Iguana iguana. Our work underscores the importance of using biologically-relevant animal toxicity models for investigating the biological roles of venoms in an evolutionary-ecological context.
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