“Toxines van kwallen en zeeanemonen (Cnidaria):

een ‘zee’ van moleculen geschikt voor deontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen”

Prof. Dr. Jan TytgatLaboratorium Toxicologie (K.U.Leuven)

Prijs Dr. E. Delcroix 2007 – 11 april 2008, Oostende

Giftige dieren: ‘vriend of vijand?’

Gifklieren, venomen en toxines

Lewis, R.J. & Garcia, M.L. (2003)

Phylum: Cnidaria (neteldieren)

• Mariene organismen

• “Cnidos” = “stekend iets”, netel (nematocyst)

• Eén van de grootste phyla van mariene dieren (> 7600 species)

• Ongelooflijk verschillend in voorkomen

Klassen

Anthozoa (zeeanemonen)

Hydrozoa (Portugees oorlogsschip)

Scyphozoa (kwallen) meest voorkomend

Cubozoa (zeewespen) meest toxisch

Twee fenotypes (voorkomen)

MEDUSA POLIEP

zeeanemoonkwal

Nematocyst• Globulair of eivormige capsule met draadachtig steekapparaat

• Voor verdediging en aanval (prooi)

• Millioenen in de tentakels van een kwal

• Triggers: chemische stimuli of fysisch contact

• Voorzien van toxische moleculen

Intoxicaties

STEKEN (‘encounters’)

VSA 500,000 (Physalia physalis)Australië 20,000+Zuid-Afrika 20,000+

FATALITEITEN

VSA 100’sAustralië 63 (Chironex fleckeri)wereldwijd 1000’s

Geschat aantal jaarlijkse slachtoffers

Intoxicaties

Lokale effecten

ACUUT

Brandende pijn

Oedeem

Contactdermatitis

Urticaria

Necrose

CHRONISCH

Spasmen

Gangreen

Hyperpigmentatie

Lidtekens

Atrofie

Systemische effecten

Nausea

Braken

Brochospasmen

Hypertensieve crises

Cardiale arrhythmie

Respiratoire insufficiëntie

Acuut pulmonair oedeem

Preventie en EHBO

Inactivatie van deintakte nematocysten

• OK: azijn en droog zand

• NIET OK: alcohol of zoetwater

• VERMIJD beweging

Pijnbestrijding

• Hete douche, urine (!)

• Pijnstillers (?)

• Anti-netelpakken

• Anti-netelnetten

Materiaal

Hedendaagse limitaties

Zeer weinig is geweten over de toxines en hun effecten

Moeilijk om een effectieve therapie te ontwikkelen

Slechts ‘case study’ gebaseerde behandeling beschikbaar

Symptomatologie in mariene intoxicaties:Rol van TRPV1

De Standaard (27 juli 2006)

De Morgen (8 aug. 2006)Het Laatste Nieuws (31 juli 2006)

TRPV1: Transient Receptor Potential Capsaicine Receptor Vanilloid Receptor (VR1)

TRPV familie

TRPV1 en pijn

of the nocicptive nerve terminalsof the nocicptive nerve terminals

PAINPAINPAINPAIN

PAINPAINPAINPAIN

NaNa++

Methodologie: Xenopus laevis oocyten moleculaire biologie electrofysiologie

mRNA injectie proteïnesynthese

‘voltage clamp’

Methodologie: Xenopus laevis oocyten moleculaire biologie electrofysiologie

cDNA (TRPV1)

Cyanea capillata

gele haarkwal(Lion’s mane jellyfish)

Cyanea capillata (kwal)

venoom alleen venoom met capsaïcine

500 nA

20 s

CAP

CZPC. C.

100 nA

20 s

CAPC. C.

CZP

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

ND 96 CAP CAP + C.C C.C

I (uA)

V (mV)

Chironex fleckeri

zeewesp (box jellyfish)

C. fleckeri

venom alone

venom with capsaicine

CAP

CZPC. F.

1 uA

25 s

1 uA

20 s

CAPC. F.

CZP

confidential

Carybdea alata

zeewesp (box jellyfish)

C. alata

venom alone

venom with capsaicine

500 nA

50 s

CAP

CZPC. A.

500 nA

50 s

CAP

CZPC.A.

confidential

Physalia physalis

Portugees oorlogsschip(Portuguese Man-Of-War)

1 uA

50 s

CAP

CZPP. P.

100 nA

50 s

CAPP. P.

CZP

venom alone

venom with capsaicine

P. physalis

confidential

Werkingsmechanisme?

Cyanea capillatamet anandamide

200 nA

25 s

C.C

ANA

CZP

Buthus martensi Karsch

BmK venoommet capsaïcine

10 nA

20 s

CAP

CZPBmK

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

ND 96 CAP CAP + BmK

V (mV)

I (uA)

Ciguatera visintoxicatie &neurotoxische schelpdierintoxicaties

Toxische mariene dinoflagellaten

Polyether verbindingen (gambierol, brevetoxin, …)

Consumptie van rifvis en schaaldieren met toxines

gastrointestinale en neurologische stoornissen

= ‘Food chain disease’

Precies werkingsmechanisme = ongekend!

Geen effectieve behandeling beschikbaar

Zeeanemoon toxine: gigantoxin I

Werkingsmechanisme?

Werkingsmechanisme: complex!

Szallasi, A. et al. (2006)

In vivo studies

i.s.m. PRD, J&J, Beerse

Het Laatste Nieuws (1 aug. 2006)

ConclusieWerkingsmechanisme van Cnidaria intoxicaties ?

TRPV1 modulatie

Behandeling via modulatie!

Blokker Activator

Inhibitie DesensitizatiePatent PCT/BE2007/000056

De Tijd (9 aug. 2006)

Gazet van Antwerpen (29 juli 2006)

Mens & Molecule (27 sept. 2006)

Toekomst: Cnidaria venoom?• Venoomsamenstelling verder ontrafelen • Werkingsmechanismes toxines blijven ontrafelen

• Blijvende zoektocht naar nieuwe geneesmiddelen

Cytolysines:- vernietigen het cytoskelet van cellen - vormen poriën - verhogen membraanpermeabiliteit v.d. cel

Neurotoxines: - modulering van activiteit van ionen kanalen (Na, K) - invloed op actiepotentialen

- invloed op vrijzetting van neurotransmittoren

Insecticiden: - modulering van activiteit van Na kanalen in insecten

Verwantschap: Cnidaria, Crustacea en Hexapoda

Dank U wel!Dank U wel!Dank U wel!Dank U wel!