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最近有一些新的长链蝎毒素被发现,这些蝎毒素分子的残基序列与现有蝎毒素分子的残基序列相似度较低,而与其它物种中Kunitz-type型毒素分子的残基序列具有较高的相似度。在生物学功能上,这些长链蝎毒素分子除了具有其它蝎毒素分子常见的钾离子通道抑制剂活性外,还具有未曾在其它蝎毒素中发现的胰蛋白酶抑制活性,是一种双功能多肽分子。这些新的长链蝎毒素与此前已知的蝎毒素分子具有较大的差异,但是它们的三维结构还没有被报道,且具有双功能活性的结构基础也没有被阐释。
在本论文中,我们首先利用液体核磁共振的手段对新发现的这类长链蝎毒素的代表LmKTT-1a的溶液结构进行了测定。结果显示,LmKTT-1a没有采用现有蝎毒素亚类普遍采用的CSα/β折叠或CSα/α折叠,而具有典型的Kunitz-type型折叠,但其二硫键配对模式又与其它物种中典型的Kunitz-type型毒素分子不同。进一步结合LmKTT-1a基因结构的分析结果,我们认为LmKTT-1a所代表的这类长链蝎毒素与现有的蝎毒素四种亚类α-KTx,β-KTx,γ-KTx和κ-KTx在结构、功能等各方面都有较大差异。这说明LmKTT-1a所代表的这类长链蝎毒素属于一个新的亚类,我们将其命名为δ-KTx型蝎毒素。
为了深入揭示蝎毒素LmKTT-1a具有双功能活性的结构基础,确认LmKTT-1a与胰蛋白酶相互作用的关键位点与界面,我们利用NMR的手段,采用化学位移扰动分析的方法,确定了LmKTT-1a分子中loop区V10到F17是相互作用的主要界面。通过构建突变体进行进一步验证,确认了该区域的K14是最关键的相互作用位点,且LmKTT-1a与钾离子通道相互作用的位点对其胰蛋白酶抑制活性没有影响,LmKTT-1a分子中存在着两个独立的结构域行使其双功能。
本论文通过对LmKTT-1a溶液结构的解析,进一步结合基因组成和生物功能的分析结果,以及与胰蛋白酶相互作用的研究,确定并命名了一个新的亚类δ-KTx,揭示了这类蝎毒素分子具有双功能活性的结构基础。这些研究内容丰富了蝎毒素的分类,对于人们改造多肽类离子通道调节剂用以治疗相关疾病具有重要的参考价值。