Effects of a- and b-neurotoxins from Tityus serrulatus scorpion venom on catecholamines release, arterial blood pressure, neurotransmitters uptake and calcium concentration in smooth muscle cells from rat aorta

Toxinas que atuam em canais para Na+ operados por voltagem são as principais responsáveis pelos efeitos tóxicos do envenenamento escorpiônico e podem ser divididas em duas classes: a- e b-neurotoxinas. TsTX-V e TsTX-I da peçonha de Tityus serrulatus (TsV) são, respectivamente, exemplos destas toxinas. Neste trabalho, foram avaliados os efeitos da TsV e destas toxinas sobre a pressão arterial média (PAM) e liberação de catecolaminas em ratos conscientes e não imobilizados, previamente cateterizados, bem como a captação de GABA, dopamina (DA) e glutamato (Glu) em sinaptosomas isolados de cérebro de ratos e a concentração citoplasmática de Ca+2 ([Ca+2 ]C) em células de músculo liso vascular de aorta de ratos. As toxinas foram isoladas por cromatografia de troca iônica (TsTX-I) seguida por CLAE de fase reversa (TsTX-V). As toxinas (15 e 30 g/kg) e TsV (50 e 100 g/kg) foram injetadas intravenosamente. A PAM foi monitorada continuamente através do cateter femoral. Os níveis plasmáticos de adrenalina (ADR) e noradrenalina (NA) foram determinados por CLAE de fase reversa com detector eletroquímico, em 10 min antes e 2,5, 30 e 90 min após os tratamentos. Efeitos pressores máximos foram observados em 2,5?3,5 min. TsV induziu um intenso aumento de longa duração na PAM, bem como a TsTX-I. A TsTX-V mostrou efeitos pressores menores. TsV mostrou os maiores efeitos sobre a liberação de catecolaminas, seguido pela TsTX-I e TsTX-V com um efeito máximo em 2,5 min, seguido por uma gradual redução, permanecendo, todavia, maior que os controles. Embora ambas as classes de toxinas atuem em canais para Na+, TsTX-I mostrou efeitos mais significantes e intensos sobre a liberação de catecolaminas e pressão arterial que a TsTX-V. Parece que a toxicidade da TsTX-V não está somente relacionada à sua capacidade de liberar catecolaminas, indicando que outros neutrotransmissores podem estar envolvidos em sua toxicidade. Nem a TsV ou suas toxinas foram capazes de afetar a captação de 3H-Glu. TsTXI inibiu somente a captação de 3H-DA (IC50 = 28,41 nM). Por outro lado, TsV (0,43ng/mL) inibiu a captação de 3H-GABA e 3H-DA (~50%). TsTX-V mostrou IC50 = 9,37 nM e 22,2 nM para a captação de 3H-GABA e 3HDA, respectivamente. Esses efeitos foram abolidos pelo pré-tratamento com TTX, indicando o envolvimento de canais para Na+ neste processo. Na ausência de Ca+2 e em baixas concentrações de toxinas, a redução não é tão singnificante como na presença de Ca+2. TsTX-V não reduziu a captação de 3H-GABA em células COS-7 expressando os transportadores de GABA, GAT-1 e GAT-3, sugerindo que esta toxina reduz indiretamente o transporte. A redução da captação de 3H-GABA pelos sinaptosomas pode ser devido a rápida e intensa despolarização celular, como revelado por microscopia confocal em células de glioma C6. Assim, TsTX-V causou redução da captação de 3H-GABA e 3H-DA de uma maneira independente de Ca+2, não afetando diretamente os transportadores de GABA, mas em consequencia da despolarização, envolvendo canais para Na+ operados por voltagem. TsV e suas toxinas foram capazes de aumentar a ([Ca2+ ]C , provavelmente por interargir com canais para Na+. Quando comparado aos efeitos despolarizantes do KCl 60 mM (100 %), TsV (100 e 500 g/mL) exibiu um aumento de 49,60 ± 2,58 % e 103,66 ± 5,17 %, respectivamente, enquanto que a TsTX-I e TsTX-V (50 e 100 g/mL de cada) exibiu 43,92 ± 3,06 % e 121,8 ± 8,9 %; 52,56 ± 8,33 % e 79,5 ± 6,1 % de aumento, respectivamente. TsTX-I (100 g/mL) mostrou-se mais potente nesta preparação, visto que uma dose de 100 g/mL causou efeito muito mais intenso do que a TsTX-V na mesma concentração. É possível que as diferenças observadas sobre os efeitos induzidos pela TsTX-I e TsTX-V sejam conseqüência de alterações estruturais entre canais para Na+ presentes em vários tipos de tecidos e inervações.Voltage-gated Na+ channel toxins are mainly responsible for the toxic effects of scorpion envenoming and can be classified into two classes: a- and b-neurotoxins. TsTX-V and TsTX-I from Tityus serrulatus venom (TsV) are, respectively, examples of these toxins. In this work, were evaluate the effects of TsV and its toxins on mean arterial pressure (MAP) and catecholamines release in conscious unrestrained rats previously catheterized, as well as GABA, dopamine (DA) and glutamate (Glu) uptake in isolated rat brain synaptosomes and cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+ ]C) in vascular smooth muscle cells from rat aorta. Toxins were isolated by ion exchange chromatography (TsTX-I) followed by RP-HPLC (TsTX-V). The toxins (15 and 30 g/kg) and TsV (50 and 100 g/kg) were injected intravenously. MAP was continuously monitored through femoral catheter. Epinephrine (E) and norepinephrine (NE) plasma levels were determined by RP-HPLC with electrochemical detection, at 10 min before and 2.5, 30 and 90 min after treatments. Maximal pressor effects were observed at 2.5 3.5 min. TsV induced intense long lasting increase in MAP, as did TsTX-I. TsTX-V showed the lowest pressor effects. TsV showed the highest effects on catecholamines release, followed by TsTX-I and TsTX-V with maximal effect at 2.5 min, followed by a gradual reduction, however remaining higher than controls. Although both toxins act on Na+ channels, TsTX-I displayed significant and more intense effects on catecholamines release and blood pressure than TsTX-V. It seems that the toxicity of TsTX-V is not related only with its ability to release catecholamines, indicating that other neurotransmitters, may be involved in its toxicity. Neither the TsV or its toxins was capable to affect the 3H-Glu uptake. TsTX-I inhibited only 3H-DA uptake (IC50 = 28.41 nM). On the other hand, TsV (0.43ng/mL) inhibited both 3H-GABA and 3H-DA uptake (~50%). TsTX-V showed IC50 = 9.37 nM and 22.2 nM for 3H-GABA and 3H-DA uptake, respectively. These effects were abolished by pre-treatment with TTX, indicating the involvement of Na+ channels in this process. In the absence of Ca2+ and at low concentrations of toxin, the reduction is not as significant as in the presence of Ca2+. TsTX-V did not reduce 3H-GABA uptake in COS-7 cells expressing GABA transporters GAT-1 and GAT-3, suggesting that this toxin indirectly reduces the transport. The reduced 3H-GABA uptake by synaptosomes could be due to fast and intense cell depolarization as revealed by confocal microscopy of C6 glioma cells. Thus, TsTX-V causes reduction on 3H-GABA and 3H-DA uptake in a Ca2+-independent manner, not affecting directly GABA transporters, but, in consequence of depolarization, involving voltage-gated Na+ channels. TsV and its toxins were able to increase the ([Ca2+ ]C , probably by interact with Na+ channels. When compared to KCl 60 mM depolarizing effect (100 %), TsV (100 and 500 ?g/mL), showed an increase of 49.60 ± 2.58 % and 103.66 ± 5.17 %, respectively, whereas TsTX-I and TsTX-V (50 and 100?g/mL of each) showed 43.92 ± 3.06 % and 121.8 ± 8.9 %; 52.56 ± 8.33 % and 79.5 ± 6.1 %, respectively. TsTX-I (100 ?g/mL) showed most potent effects in this type of preparation, since induced most intense effect that TsTX-V in the same concentration. Thus, it is possible that the differences observed on the effects induced by both toxins are consequence of structural changes among Na+ channels present in several types of tissues and innervations