鬼筆環肽
鬼筆環肽（Phalloidin）是一種環狀七肽毒素，隸屬於從鵝膏菌科的真菌鬼筆鵝膏中提取的一組毒素（即所謂鬼筆毒素）。它的毒性源於其能夠抑制細胞內微絲解聚的特性。自從人們發現鬼筆環肽在螢光標記之後仍然具有使微絲保持穩定的特性[1]以來，它已被廣泛應用於生物醫學的研究中，用來顯示細胞內微絲的形態和分布。
| 鬼筆環肽 | |
|---|---|
| |
| 識別 | |
| CAS號 | 17466-45-4 
|
| PubChem | 441542 |
| 性質 | |
| 化學式 | C35H48N8O11S |
| 摩爾質量 | 788.87 g·mol−1 |
| 外觀 | 針狀晶體 |
| 熔點 | 281 °C（554 K）（(hyd)） |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
背景
在1930年代，諾貝爾得獎者德國化學家海因里希·威蘭對鬼筆環肽進行了開創性的研究。隨後，他的學生（也是他的女婿）費奧多爾·呂嫩和侄子烏爾里希·威蘭在1937年成功提純了鬼筆環肽並製得其純品的晶體。[2]（前者還因為在膽固醇代謝方面的研究榮獲1964年諾貝爾獎。）
作用及機理
鬼筆環肽能與纖維狀的肌動蛋白（F-actin）相結合，從而阻止其解聚，並破壞細胞內微絲的聚合-解聚合動態平衡，從而對細胞產生毒性。它在肌動蛋白纖維亞基間的界面處特異性結合，從而將相鄰的亞基固定在一起。鬼筆環肽是一種雙環七肽，它與微絲的結合比起與肌動蛋白單體的結合要牢固得多，這種差別導致了纖維末端亞基解聚的速率下降，通過阻止微絲解聚而從根本上對其起到穩定作用。[3]此外，鬼筆環肽還能夠阻止微絲處結合的ATP水解。[4]這樣一來，對於肌動蛋白單體，鬼筆環肽能夠阻止其維持球狀構象；對於肌動蛋白微絲，鬼筆環肽能抑制結合在其上的ATP水解成為ADP，從而提高已聚合的單體之間的親和力，大幅降低微絲的解聚速率。[4]二者總的作用效果是強烈促進微絲的聚合併同時使其保持穩定。[5]
鬼筆環肽對細胞的影響隨著其濃度改變而有所不同。當在細胞質中的濃度較低時，鬼筆環肽可以使細胞質中聚合度較低的微絲和細絲蛋白聚集成為穩定的島狀聚合物，但不會影響到應力纖維（由平行排列的微絲組成的束狀結構）的解聚。[5] 威蘭等人還注意到，在較高濃度下，鬼筆環肽還可以導致細胞收縮。
在造影方面的應用
鬼筆環肽的特殊性質使它成為了研究細胞內肌動蛋白微絲的有力工具。對鬼筆環肽進行螢光標記後，它們便可以在光學顯微鏡下清晰地顯示出細胞內微絲的分布情況。不論是對活細胞還是已經固定後的細胞，鬼筆環肽的螢光標記衍生物都能在顯示其微絲分布的狀況上發揮巨大的作用。[3]利用伊紅標記過的鬼筆環肽進行染色後，對微絲進行的光學和電子顯微的解析度都能得到進一步提升。[6] 這是因為螢光分子還可以促使二氨基聯苯(DAB)發生氧化（螢光致氧化），其反應產物的電子密度會有所變化，並能被電子顯微鏡檢測出來。[6]如果使用飽和的螢光標記物進行造影，微絲能夠充分與鬼筆環肽結合，則螢光強度還可以被用作微絲數量的定量判據。[3]因此，通過免疫螢光顯微術和鬼筆環肽的顯微注射，人們便得以通過觀察微絲的不同聚集形態和聚合程度來推測其功能。[5]總而言之，螢光標記的鬼筆環肽是對微絲進行高解析度顯微分析的一件利器。
局限
未經修飾的鬼筆環肽無法穿越細胞膜，這使其難以直接應用於針對活細胞的實驗，不過現在人們已經合成了一些滲透能力得到大幅提高的衍生物。[7]
經過鬼筆環肽處理的細胞會顯示出多種中毒特徵並會很快死亡。[3]此外，值得注意的是，經過鬼筆環肽處理的細胞中，與質膜相連的微絲所占的比例會更高。向活細胞中顯微注射鬼筆環肽還會改變其內部的微絲分布情況和細胞的運動能力。[3]
參見
參考文獻
- ^ Wulf E, Deboben A, Bautz FA, Faulatich H, Wieland T. Fluorescent phallotoxin, a tool for the visualization of cellular actin. PNAS. September 1979, 76 (9): 4498–502. PMID 291981. doi:10.1073/pnas.76.9.4498.
- ^ Feodor Lynen, Ulrich Wieland. Über die Giftstoffe des Knollenblätterpilzes. Justus Liebig's Annalen der Chemie. 1938, 533 (1): 93–117. doi:10.1002/jlac.19385330105.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Cooper JA. Effects of cytochalasin and phalloidin on actin. J. Cell Biol. October 1987, 105 (4): 1473–8 [2015-03-10]. PMC 2114638
. PMID 3312229. doi:10.1083/jcb.105.4.1473. （原始內容存檔於2008-04-29）.
- ^ 4.0 4.1 Barden JA, Miki M, Hambly BD, Dos Remedios CG. Localization of the phalloidin and nucleotide-binding sites on actin. Eur. J. Biochem. February 1987, 162 (3): 583–8 [2022-10-16]. PMID 3830158. doi:10.1111/j.1432-1033.1987.tb10679.x. （原始內容存檔於2022-10-18） （英語）.
- ^ 5.0 5.1 5.2 Wehland J, Osborn M, Weber K. Phalloidin-induced actin polymerization in the cytoplasm of cultured cells interferes with cell locomotion and growth. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. December 1977, 74 (12): 5613–7. PMC 431831 . PMID 341163. doi:10.1073/pnas.74.12.5613.
- ^ 6.0 6.1 Capani F, Deerinck TJ, Ellisman MH, Bushong E, Bobik M, Martone ME. Phalloidin-eosin followed by photo-oxidation: a novel method for localizing F-actin at the light and electron microscopic levels. J. Histochem. Cytochem. 1 November 2001, 49 (11): 1351–61. PMID 11668188. doi:10.1177/002215540104901103. （原始內容存檔於2005年4月16日）.
- ^ 存档副本. emdmillipore.com. [2015-03-10]. （原始內容存檔於2014-12-01） （英語）.
