Evolution Bites

Freek Vonk

Leiden University / NCB Naturalishttp://www.evolutionbites.com

“Everything is poison, there is poison in

everything. Only the dose makes a thing not a

poison”

© Quentin Massys

Paracelsus 1494 - 1541

© Ruben Schipper

© Dr. Zoltan Takacs

Predatie vs verdediging

© F. Vonk

© F. Vonk

© petsfoto.com

© E.Lonnon.

© F. Vonk

© geidenissite

© Dr. D.A. Warrel © Dr. J. White © Dan McDuffie

© Anders Nielsen

© Sanjib K Sharma

- Evolutionair onderzoek

- Biomedisch onderzoek

Prof Mike Richardson

Rear-

fanged

Vipers and

pitvipers

Cobras

FJ Vonk et al Nature 454 630-633 (2008)

© HW Herrmann

o Peptiden

o Enzymen

o Eiwitten

Specificiteit en potentie!

Aggrastat® used to cure patientPhoto: Ruben Schipper

© Freek Vonk

Bucain Cobrotoxin-B

Complexe 3D structuren!

ynbrookmedical.com

o Verlamming en moeite met

ademhalen… Zenuwstelsel?

o Ontdekking acetylcholine

receptoren (1970)

o Voorkomt binding

neurotransmitter op receptor

myasthenia gravis (‘ernstige spierzwakte’)

© Freek Vonk

Fysiologisch gen

Gif gen 1

Gif gen 1 Gif gen 2

Fysiologisch gen

Fysiologisch gen

AGCTTCG

TCGAAGC

AGCTTCG

TCGAAGC

AGCTTCG

TCGAAGC

Duplicatie van genen gevolgd door ((((versneldeversneldeversneldeversnelde)))) mutatie en expressie in de gifklier.

EiwittenEiwittenEiwittenEiwitten uituituituit verscheidendeverscheidendeverscheidendeverscheidende organenorganenorganenorganen: : : :

Spieren Lymfeknoop

Long Hart

Lever Hersens

Alvleesklier Testes

Etc.

EiwittenEiwittenEiwittenEiwitten uituituituit verscheidendeverscheidendeverscheidendeverscheidende organenorganenorganenorganen: : : :

Spieren Lymfeknoop

Long Hart

Lever Hersens

Alvleesklier Testes

Etc.

Gen:

Vonk Vonk et al et al BioEssaysBioEssays 20112011Vele vormen!Vele vormen!

- Neurotoxisch (zowel remming als

stimulering)

- Cardiotoxisch

- Anticoagulant

- Remming aggregatie bloedplaatjes

© RM Kini

� Neurotoxins

� Cardiotoxins/ Cytotoxins

� Fasciculins

� k-toxins

� Muscarinic toxins

� Calciseptine

� Mambin

� Synergistic toxins

Presynaptisch neurotoxine

Postsynaptisch neurotoxine

• β- bungarotoxin

• Notexin

• Taipoxin

• Textilotoxin

• Mojave toxin

• …

• a- bungarotoxin

• Cobrotoxin

• Candoxin

• Erabutoxin

• …

Factor X

activators

Prothrombine

activators

Thrombine-achtige enzymen

Diffuse intravasale stolling (afgekort DIS)

http://scienceblogs.com

http://scienceblogs.com

© Nevit Dilmen

Gif

Enzym

� Enzym AChE breekt acetylcholine af nadat impuls

tussen twee zenuwcellen is overgedragen

� Gif AChE breekt acetylcholine af voor de overdracht

© David Bygott

346.4

479.5

573.1

2+

723.7

808.8

889.8

1+

1004.9

1151.4

1243.9

1368.2

1445.0

1520.1

1709.9

1873.6

1954.1

2007.4 2161.7 2279.6

+MS, 0.2-1.6min #(12-96)

0

1000

2000

3000

Intens.

500 1000 1500 2000 2500 3000 m/z

472.51+

574.1

2+

647.0

723.7

776.1

932.9

1102.0

1233.51368.2

1445.0

1520.0

1709.8

+MS, 0.2-2.4min #(10-143)

0

200

400

600

800

1000

1200

Intens.

500 1000 1500 2000 2500 3000 m/z

MALDI (mass spectometry)

Unpublished data Freek Vonk and Peter Lindenburg

Grote variatie op zowel soorts- als populatieniveau!

European viper (Vipera berus)

Diet: mice

Diet: frogs

©Dr. Steve Mackessy

Pawlak J et al J Biol Chem. 2006Pawlak J et al J Biol Chem. 2006

Professor Kini

Denmotoxin in spier verlamming:

� Pacifische Gymnothorax resistent tegen Laticauda gif

� Carribische Gymnothorax gevoelig voor Laticauda gif

Heatwhole and Powell Toxicon 1998

© Freek Vonk

© Florent Charpin

© John lewis

� Antistoffen in plasma

� Modificatie van eigen receptoren!

� 50 zeeslangen-soorten met

vergelijkbaar gif

� 50- to 100-maal minder sterk

gif in Aipysurus eydouxii (Li et al

J Mol Evol.J Mol Evol.J Mol Evol.J Mol Evol. 2005)

� Verkleinde gifklieren en

giftanden

© deepseaimages.comGif NIET behouden ter verdediging!

© Decric Mitel

Emydocephalus annulatus

� Afrikaanse en

Aziatische soorten

� Spugen 3x

geëvolueerd (Wuster et al

2007)

© Freek Vonk

Bruce Young et al. J. of Exp. Biol. 2004

RegionRegion Number of Number of

deathsdeaths

EuropeEurope 3030

Middle Middle

EastEast100100

USA USA ––

CanadaCanada1515

Latin Latin

AmericaAmerica5 0005 000

AfricaAfrica 20 00020 000

AsiaAsia 100 000100 000

OceaniaOceania 200200

TotalTotal 125 345125 345

Bron: Snake venoms & Bron: Snake venoms &

envenomations, envenomations,

JeanJean--Philipe Chippaux. 2006. Philipe Chippaux. 2006.

©Freek Vonk

©Freek Vonk© Robert Norris

© Jan Sevcik

Big Four

© Emilio

� Necrose

� Zwelling

� Blaren

� Verlamming

© venomsa.com

Wie gaat mij assisteren?

� Bloeddrukverlagers

� Hartziektes

� Antitumor

� Antibiotica

(Mycobacterium!)

� Antischimmel

� Insecticide

� Etc

� Gebaseerd op symptomen (vb. Priapisme in Chileense zwarte weduwe &

Russel’s adder)

� High-throughput screening

W. Wuster

© F. Vonk

© F. Vonk

© uk-sh.de

Thaise cobra (Naja kaouthia)Photo: Freek Vonk

Mohamed, A., P. F. Reid, L. Raymond, and T. Dufan. 2006. Mohamed, A., P. F. Reid, L. Raymond, and T. Dufan. 2006. Biomed Sci InstrumBiomed Sci Instrum. 42:399. 42:399--404404.

msconnections.org

METASTASE

Groei van de tumor en metastase afhankelijk van angiogenese!

Pictures: Avraamides et al., 2008 Folkman, 1971; Avraamides et al., 2008

0.0 mM 0.05 mM 0.1 mM

© Corine Manuputty

zwembadgranuloom Mycobacterium marinum

Awais A, Tam CS, Kontoyiannis D, et al. Clin Infect Dis 2008;46:69-71.

Voor behandeling Na behandeling

© F. Vonk

© drugs-expert.com

10-20 miljoen toxines10.000 ontdekt

500 onderzocht

� 10 medicijnen

� 5 in clinical trials

� 5 diagnostica

� Andere toepassingen

Netherlands Organisation for

Scientific Research

Prof. dr. Michael Richardson

And all my collaboratorsKK!