敬钊缨毛蛛毒素-Ⅰ和Ⅲ抑制Na_v1.5快速失活的分子机制研究

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前期研究报道,敬钊缨毛蛛毒素-Ⅲ (jingzhaotoxin-Ⅲ, JZTX-Ⅲ)选择性抑制心肌细胞钠离子通道Nay1.5,结合位点位于钠通道第四结构域(Domain Ⅱ, DIDS3-S4 loop上,是一种位点4毒素。但是,JZTX-Ⅲ关键残基突变降低毒素亲和力约100倍,而hNav1.5 D Ⅱ关键残基R800突变降低仅18倍左右,说明JZTX-Ⅲ很可能还存在其它结合位点。在本课题研究中,我们发现高浓度JZTX-Ⅲ(如1μM和5μM)除抑制Nav1.5通道电流大小外,还能同时延缓Nav1.5的快速失活。高浓度的JZTX-Ⅲ同样对Nav1.5通道Domain Ⅱ突变体R800A的电流也有延缓失活作用。而通道的失活通常与通道的第四结构域(Domain Ⅳ, DⅣ)相关,因此我们将Nav1.5DⅣS3-S4胞外连接环进行丙氨酸扫描突变。实验结果发现,该区域确实存在JZTX-Ⅲ的结合靶点---Q1612和K1613。该通道突变体Q1612A和K1613A增加JZTX-Ⅲ对Nav1.5的IC50值分别达7.9和8.2倍。由于JZTX-Ⅲ选择性作用于钠通道亚型Navl.5,而对Nav1.7无明显作用,我们将Q1612和K1613在Nav1.7上的对应位点E1589和T1590突变,JZTX-Ⅲ对Nav1.7通道结合力大大增强。本研究结果表明,JZTX-Ⅲ不同于以往报道的位点4毒素,其在心肌通道Nav1.5上有2个结合位点。JZTX-Ⅲ有可能作为工具试剂研究心肌钠通道Nav1.5的DⅡ S4和DⅣS4电压敏感元件结构和功能的异同。敬钊缨毛蛛毒素-Ⅰ(jingzhaotoxin-Ⅰ, JZTX-Ⅰ),是一种类α-毒素的多肽毒素,偏爱作用于心肌细胞钠离子通道Nav1.5。JZTX-Ⅰ能抑制表达在HEK293T细胞上的人源心肌细胞钠通道亚型Nav1.5的快速失活,其抑制半数有效浓度(IC50)为339.8+0.04 nM。我们采用定点突变的方法对心肌钠离子通道Nav1.5第四结构域DIV S3-S4胞外连接环上的氨基酸残基进行了丙氨酸扫描突变,实验发现JZTX-Ⅰ作用于Nav1.5 DⅣ的关键残基为D1609和K1613。它们突变后能降低JZTX-Ⅰ对Nav1.5的结合能力分别达29.5和4.2倍。本实验结果证实了JZTX-Ⅰ为位点3毒素,并成功找到了JZTX-Ⅰ在Nav1.5通道上的作用靶点,即一个酸性氨基酸D1609和一个碱性氨基酸K1613。JZTX-Ⅰ有可能作为工具试剂研究心肌钠通道Nav1.5的电压敏感元件。
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