Comparison between the Mechanisms of Action of Plant Toxins Ricin and Viscumin on the Stage of Intracellular Dissociation

 

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Summary

Pharmacological effects of mistletoe extracts are determined by the concentration of three toxic lectins: mistletoe lectin I (MLI, or viscumin), MLII, MLIII. These proteins, as well as ricin, belong to ribosome-inactivating proteins type 2 (RIP2). However, the extracts from the plant Ricinus communis, containing ricin, are highly toxic. Ricin is about 30 times more effective in cell culture than viscumin. The dissociation of subunits and the transmembrane transport of catalytic subunit into the cytoplasm are needed to obtain the cytotoxic effect of RIP2. In this paper, hybridomas producing monoclonal antibodies against catalytic subunits of ricin and viscumin are described. Monoclonal antibodies against different epitopes, including one localized in intra-subunit area of catalytic subunits of ricin and viscumin, do not inhibit the enzymatic activity of these proteins in cell-free system. These hybridomas are resistant to the cytotoxic action of native toxins. Protective effect of antibodies are about the same for both toxins, though the dissociation of the subunits of ricin is more effective. The causes of the differences in activity of plant toxins as pharmacological agents, and the importance of above mentioned epitopes for neutralizing antibodies at the clinical applications of mistletoe extracts are discussed.

Zusammenfassung

Vergleich des Wirkungsmechanismus der Pflanzentoxine Ricin und Viscumin im Stadium der intrazellulären Dissoziation

Die pharmakologischen Eigenschaften von Mistel-Extrakten werden durch die Konzentration dreier toxischer Lektine im Extrakt beeinflußt: das Mistellektin I (MLI, Viscumin), MLII und MLIII. Diese Proteine gehören wie Ricin zu den Ribosom-inaktivierenden Proteinen vom Typ 2 (RIP2). Die Ricin enthaltenden Pflanzenextrakte von Ricinus communis sind jedoch stark toxisch. Ricin ist in Zellkultur 30mal toxischer als Viscumin. Um die zytotoxische RIP2-typische Wirkung zurealisieren müssen die Untereinheiten dissoziieren und die katalytische Untereinheit muß durch die Zellmembran in das Zytoplasma transportiert werden. In vorliegender Arbeit werden monoklonale Antikörper gegen die katalytischen Untereinheiten von Ricin und Viscumin beschrieben. Monoklonale Antikörper gegen verschiedenen Epitope einschließlich einem Epitop im inneren Bereich der katalytischen Untereinheiten von Ricin und Viscumin inhibieren interessanterweise nicht die enzymatischen Aktivitäten der Enzyme in Systemen zur zellfreien Proteinsynthese. Die Hybridome selbst sind resistent gegen die toxische Wirkung der nativen Proteine. Die protektiven Eigenschaften der Antikörper sind für die beiden Toxine etwa gleichwertig. Ungeachtet dessen, daß die Dissoziation der Untereinheiten des Ricins effektiver ist. Die Gründe für die so unterschiedlichen Wirkungen der beiden Toxine in den Extrakten als pharmakologische Agentien und die Bedeutung der Epitope der neutralisierenden Antikörper für die klinische Anwendung bei Mistel-Extrakten werden diskutiert.