Forschungsteam entschlüsselt Gift der Schwarzen Witwe

Das für Menschen gefährliche α-Latrotoxin im Gift der Schwarzen Witwe verursacht starke Muskelkontraktionen und Krämpfe. Ein Team der Universität Münster zeigt im Detail, wie das Molekül aufgebaut ist und wie es auf die Nervenzellen wirkt.

Die Schwarze Witwe gehört zu den gefürchteten Spinnenarten. Ihr Gift ist ein Cocktail aus sieben verschiedenen Toxinen, die das Nervensystem angreifen. Diese sogenannten Latrotoxine lähmen gezielt Insekten und Krebstiere, allerdings zielt eines von ihnen, das α-Latrotoxin, auf Wirbeltiere ab und ist auch für den Menschen giftig. Es greift in die Signalübertragung des Nervensystems ein.

Sobald α-Latrotoxin an spezifische Rezeptoren der Synapsen bindet, strömen Kalzium-Ionen unkontrolliert in die präsynaptischen Membranen der signalübermittelnden Zellen. Dies verursacht eine dauerhafte Freisetzung von Neurotransmittern, was starke Muskelkontraktionen und Krämpfe auslöst. Trotz der scheinbaren Einfachheit dieses Vorgangs verbirgt sich dahinter ein hochkomplexer Mechanismus. Wissenschaftler von der Universität Münster haben nun die Struktur des α-Latrotoxins vor und nach der Einlagerung in die Membran in nahezu atomarer Auflösung entschlüsselt.

Um den Mechanismus des Kalzium-Einstroms in die präsynaptische Membran besser zu verstehen, haben Experten des Centers für Soft Nanoscience der Universität Münster unter der Leitung von Prof. Christos Gatsogiannis (Institut für Medizinische Physik und Biophysik) und Prof. Andreas Heuer (Institut für Physikalische Chemie) zusammengearbeitet. Mithilfe von Hochleistungs-Kryo-Elektronenmikroskopie und Molekulardynamik(MD)-Computersimulationen konnten sie zeigen: Bei der Bindung an den Rezeptor durchläuft das Toxin eine bemerkenswerte Umwandlung. Ein Teil des giftigen Moleküls formt sich zu einem Stiel, der wie eine Spritze in die Zellmembran eindringt. Als eine Besonderheit bildet dieser Stiel in der Membran eine kleine Pore, die als Kalzium-Kanal fungiert. MD-Simulationen legten offen, dass Kalzium-Ionen durch einen seitlich gelegenen selektiven Eingang direkt oberhalb der Pore in die Zelle strömen können.

Dank dieser Ergebnisse lässt sich der Wirkmechanismus von α-Latrotoxin nun verstehen. „Das Toxin ahmt auf hochkomplexe Weise die Funktion natürlicher Calcium-Kanäle der präsynaptischen Membran nach“, erklärt Gatsogiannis. „Es unterscheidet sich damit in jeder Hinsicht von allen bislang bekannten Toxinen.“ Den Forschenden zufolge eröffenen die neuen Erkenntnisse vielfältige Anwendungsmöglichkeiten: Latrotoxine hätten ein erhebliches biotechnologisches Potenzial, darunter die Entwicklung verbesserter Gegengifte, Behandlungen für Lähmungen sowie neue Biopestizide.