Báo cáo khoa học: The unique pharmacology of the scorpion a-like toxin Lqh3 is associated with its flexible C-tail

The Unique Pharmacology of the Scorpion α-Like Toxin Lqh3 is Associated with Its Flexible C-Tail

Tác giả: Izhar Karbat, Roy Kahn, Lior Cohen, Nitza Ilan, Nicolas Gilles, Gerardo Corzo, Oren Froy, Maya Gur, Gudrun Albrecht, Stefan H. Heinemann, Dalia Gordon, and Michael Gurevitz

Lĩnh vực: Sinh hóa học, Dược lý học, Khoa học đời sống

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu này khám phá cơ chế hoạt động độc đáo của Lqh3, một độc tố α-like từ bọ cạp Leiurus quinquestriatus hebraeus, đặc biệt nhấn mạnh mối liên hệ giữa tính linh hoạt của đuôi C và dược lý học của nó. Lqh3 thể hiện ái lực liên kết phụ thuộc vào pH với các kênh natri điện áp (Nav) ở côn trùng và cho thấy động học liên kết chậm hơn so với các độc tố α khác. Thông qua các thí nghiệm biến đổi gen, các nhà nghiên cứu đã xác định bề mặt hoạt tính sinh học hai phần của Lqh3 bao gồm miền Trung tâm và miền NC. Thay đổi ở miền NC, đặc biệt là sự linh hoạt của đuôi C, được cho là góp phần vào động học liên kết chậm và khả năng ảnh hưởng đến nhiều loại Nav khác nhau. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về mối quan hệ cấu trúc-chức năng của độc tố bọ cạp, nhấn mạnh vai trò của tính linh hoạt cấu trúc trong việc xác định hoạt tính và đặc hiệu của chúng.

Mục lục chi tiết:

• Giới thiệu
• Correspondence
• Keywords
• Abbreviations
• The unique pharmacology of the scorpion α-like toxin Lqh3 is associated with its flexible C-tail
• The affinity of scorpion α-toxins for various voltage-gated sodium channels (Navs) differs considerably despite similar structures and activities.
• Voltage-gated sodium channels (Navs) are responsible for the depolarization phase of the action potential in most excitable cells.
• Figure 1. Sequence alignment of scorpion α-toxins representing three pharmacological groups.
• Classical anti-mammalian toxins that bind with high affinity to rat brain synaptosomes and are practically nontoxic to insects [1]; (b) α-toxins highly active on insects that bind with high affinity to insect Navs and are weakly toxic in mammalian brain; and (c) α-like toxins that are active in both mammalian brain and insects (Fig. 1 [8,9]).
• To correlate the selectivity of α-toxins with their structure, the bioactive surface of the anti-insect LqhaIT (from L. quinquestriatus hebraeus) and its putative equivalent in the anti-mammalian Aah2 were investigated and shown to consist of two domains [10].
• The Core domain, composed of the five-residue turn and the C-terminal segment, varies in amino acid composition and conformation among α-toxins (Fig. 1), and was therefore suggested to play a role in toxin selectivity [10,13,14,19,22,23].
• Results
• The bioactive surface of Lqh3
• Figure 2. The bioactive surface of Lqh3.
• Effect of substitutions in Lqh3 on its pH-dependent binding
• Table 1. Effects of mutations in Lqh3 on binding to cockroach neuronal membranes.
• Table 2. Comparison of the effects of selected Lqh3 mutants on rat skeletal muscle Navs (rNav1.4) expressed in CHO cells and on the Drosophila DmNay1 channel expressed in Xenopus oocytes.
• Table 3. Effect of mutations on the pH dependence of Lqh3 binding to cockroach neuronal membranes.
• Figure 3. pH-dependent effect of Lqh3 on DmNa 1 channels expressed in Xenopus oocytes.
• Figure 4. Conformations of the five-residue turn and the C-terminal segment of Lqh3.
• Discussion
• Comparison of the bioactive surface of Lqh3 to those of other α-toxins
• Lqh3 pH-dependent binding is associated with the conformational flexibility of the C-tail
• Figure 5. Conformational heterogeneity in Lqhalt and Lqh3.
• Dissociation of the toxin-receptor complex and the slow association kinetics of Lqh3 are linked to the flexibility of the C-tail
• Figure 6. Effects of mutant E10Y-E63R on the properties of interaction with DmNa 1 channels.
• Figure 7. Lqh3 solution structure exhibits two distinct conformations at its C-terminal segment.
• Experimental procedures
• Bacterial strains and insects
• Lqh3 expression
• Table 4. Activity of recombinant HA-Lqh3 and native Lqh3.
• Toxicity assays
• Competition binding experiments
• CD spectroscopy
• Expression of insect DmNa 1 channels in oocytes and two-electrode voltage clamp experiments
• Concentration-response curves of Lqh3 effect on fast inactivation
• Mass spectrometry
• Three-dimensional modeling and structural analysis
• Acknowledgements
• References