Pandinus imperator (Pi3) toxin
| Pandinus Imperator toxin | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Pi3 3D struktur
| |||||||
| Identifierare | |||||||
| Organism | |||||||
| Symbol | TISCTNEKQC YPHCKKETGY PNAKCMNRKC KCFGR | ||||||
| Alt. symboler |
|
||||||
| UniProt | 55928 | ||||||
| |||||||
Pi3-toxin är ett renat peptidderivat av skorpiongiftet Pandinus imperator . Det är en potent blockerare av spänningsstyrd kaliumkanal , K v 1.3 och är nära besläktad med en annan peptid som finns i giftet, Pi2.
Etymologi & källa
Etymologi
Pi3 toxin står för Pandinus imperator -3 toxin. Det är också känt som pandinotoxin -beta och toxin PiTX-K-beta. Klassificeringen av de korta peptidtoxinerna baseras på de konserverade cysteinresterna och den fylogenetiska analysen av aminosyrasekvensen. Miller var den som först använde aminosyrasekvensen för att klassificera dessa toxiner och han tilldelade nomenklaturen α-KTxm.n där m anger underfamiljen och n anger medlemmen inom underfamiljen. Pi3 fick alltså namnet α-KTx7.2. Underfamiljen 7 har en annan medlem, Pi2.
Källor
Pi3-toxinet finns i giftet från Pandinus imperator- skorpionen. Det tillhör en familj av toxiner som kallas α-KTx. Flera peptider, kallade Pi1-Pi7, renades från Pi-giftet och deras primära struktur har identifierats.
Extraktion och rening
| Procedur | |
|---|---|
| Isoleringsförfarande | Kromatografi |
| 3D-struktur | NMR-spektroskopi |
| Molekylvikt | 4 068 |
Pandinus imperatorgift kan erhållas genom elektrisk stimulering av sövda skorpioner. Giftet kan fraktioneras genom gelfiltreringskromatografi och underfraktionerna kan separeras ytterligare med HPLC omvänd faskolonn. Komponenternas renhet kan testas genom steggradient HPLC och en automatisk aminosyrasekvenserare.
Kemi
Den tredimensionella strukturen hos Pi3 liknar andra kaliumkanalblockerande toxiner som charybdotoxin , eftersom den har tre disulfidbryggor som stabiliserar två strängar av beta-arkstrukturer och en kort alfahelix. Men Pi3 skiljer sig från många andra toxiner i sin primära struktur, t.ex. toxiner från skorpioner av släktet Buthus som också blockerar K + -kanaler. Den aminoterminala regionen av Pi3 saknar tre rester jämfört med andra toxiner av samma familj, t.ex. charybdotoxin. Noterbart är att cysteinylresterna och lysin i position 28 som motsvarar Lys24 i Pi3 är mycket konserverade bland de flesta av peptidtoxinerna och tros vara viktiga för kanaligenkänning, tredimensionell struktur eller båda.
Pi3 och Pi2
Pi3 och Pi2 innehåller båda 35 aminosyrarester. Pi3 har samma primära struktur som Pi2 förutom en enda aminosyra orsakad av punktmutation av den sjunde aminosyran Pro7, som är neutral mot Glu7, som är negativ. Eftersom de skiljer sig åt med en enda aminosyra, används de för att analysera förhållandet struktur-funktion. Den sekundära strukturen visar en 3 10 helix medan Pi2 har en alfahelix . Den avgörande återstoden av den funktionella dyaden, Lys24 (K27) är också belägen mycket nära Glu7 (P10E) i Pi3.
Mål
Pi3-toxinet är en potent hämmare av Kv1.2-kaliumkanalen, kodad av KCNA2-genen och en mindre potent blockerare av K v 1.3-kanaler, kodad av KCNA3 -genen och den visar också effekt på spänningsstyrd snabbt inaktiverande A-typ K + kanaler.
Shaker B kaliumkanaler
Pi3 blockerar shaker BK + -kanaler uttryckta i Sf9 -cellinjer erhållna från Spodoptera frugiperda . De mänskliga homologerna av shaker B-kanaler är K v 1-kanalerna. Affiniteten för Pi3 för shaker B spänningsstyrda kaliumkanaler visade sig vara låg med en dissociationskonstant på 140 nM. Blocket var reversibelt och inte spänningsberoende.
K v 1.3 kanal
Pi3 blockerar K v 1.3-kanalerna i humana T-lymfocyter med ett Kd på 500 pM. Blocket är reversibelt och inte spänningsberoende. Återställning av kanalerna från inaktivering påverkas inte av Pi3. Dessutom har det visats genom 86 Rb effluxanalys av synaptosomer att Pi3 blockerar spänningsstyrda, snabbt inaktiverande kanaler.
Verkningssätt
Både Pi3 och Pi2 anses tillhöra familjen porblockerare. Porblockerare binder till porerna i jonkanalen och blockerar jonflödet.
Struktur-funktion relation
Pi3 har en högre dissociationskonstant än Pi2. Pi3 har en 18 gånger mindre affinitet för K v 1,3 och 800 gånger mindre affinitet för spänningsstyrda, snabbt inaktiverande K + -kanaler i dorsala rotganglion (DRG) neuroner. Variationen i den primära strukturen av Pi3, den enda aminosyran Glu7, har tillskrivits skillnaden i affinitet som observerats mellan Pi3 och Pi2 i bindning. Punktmutationen i den N-terminala sekvensen resulterar i en saltbrygga mellan Glu7 och Lys24 vilket i sin tur resulterar i minskade positiva elektrostatiska krafter. De positiva nettoladdningarna i Pi2 och Pi3 är 7 respektive 6. Denna minskning av positiv laddning interfererar i bindningssteget för toxinet och minskar dess affinitet för kanalen och indikerar därigenom vikten av N-terminalsekvens vid kanaligenkänning. Brist på tre rester i aminosyraterminalen har varit inblandad i oförmågan hos Pi3 och Pi2 att blockera BK-kanaler .
Inget spänningsberoende block av Pi3 och Pi2 har observerats i shakerns BK + -kanal och K + 1,3-kanalerna i humana lymfocyter. Frånvaro av spänningsberoende av blocket som observerats i shakerns BK + -kanaler och K v 1.3-kanalerna i humana lymfocyter tyder på att toxinet utövar sin effekt genom att binda till någon extern domän och inte känner av det elektriska fältet i transmembranområdet. Pi2 har visat sig fästa återhämtningen av K v 1.3-kanaler från inaktivering medan Pi3 inte har någon sådan effekt. Oförmågan hos Pi3 att förbättra återhämtningen av kanaler i humana lymfocyter tros bero på aminosyrasubstitutionen Glu7 till Pro7, men den exakta mekanismen är okänd.
Giftighet
Pi3 är inte giftigt för däggdjur, men det har observerats att det är giftigt för insekter och kräftdjur.
Används
Som ett blockerande medel används det för att analysera strukturen och funktionen hos de spänningsstyrda kaliumkanalerna, för att identifiera bindningsstället och för att dechiffrera de funktionella korrelaten för de strukturella skillnaderna som observerats och vice versa. Pi3 är särskilt användbart för att studera struktur-funktionsförhållandet eftersom det skiljer sig från Pi2 med bara en aminosyra. Det har använts för att studera fördelningen av kanaler i olika celler, framför allt de mänskliga lymfocyterna och även för att förstå bidraget från K v 1.3-kanaler till cellernas membranexcitabilitet. Det är viktigt att förstå den exakta effekten av Pi3 och dess bindning till K v 1.3-kanaler eftersom hämmare av K v 1.3-kanaler kan vara av terapeutisk användning för multipel skleros. Ingen sådan terapeutisk användning har dock identifierats ännu. [ citat behövs ]
Anteckningar
- Wang J, Xiang M (maj 2013). "Inriktning på kaliumkanalerna Kv1.3 och KC a 3.1: vägar till selektiva immunmodulatorer vid behandling av autoimmuna störningar?". Farmakoterapi . 33 (5): 515–28. doi : 10.1002/phar.1236 . PMID 23649812 . S2CID 24256794 .
- Gómez-Lagunas F, Olamendi-Portugal T, Zamudio FZ, Possani LD (juli 1996). "Två nya toxiner från giftet från skorpionen Pandinus imperator visar att den N-terminala aminosyrasekvensen är viktig för deras affinitet mot Shaker B K+-kanaler". The Journal of Membrane Biology . 152 (1): 49–56. doi : 10.1007/s002329900084 . PMID 8660410 . S2CID 20551964 .
- Possani, Lourival D.; Selisko, Barbara; Gurrola, Georgina B. (1999). "Struktur och funktion av skorpiontoxiner som påverkar K+-kanaler". Perspectives in Drug Discovery and Design . 15–16: 15–40. doi : 10.1023/A:1017062613503 .
- Péter M, Varga Z, Panyi G, Bene L, Damjanovich S, Pieri C, Possani LD, Gáspár R (januari 1998). "Pandinus imperator skorpiongift blockerar spänningsstyrda K+-kanaler i mänskliga lymfocyter". Biokemisk och biofysisk forskningskommunikation . 242 (3): 621–5. doi : 10.1006/bbrc.1997.8018 . PMID 9464266 .
- Klenk KC, Tenenholz TC, Matteson DR, Rogowski RS, Blaustein MP, Weber DJ (mars 2000). "Strukturella och funktionella skillnader mellan två toxiner från skorpionen Pandinus imperator". Proteiner . 38 (4): 441–9. doi : 10.1002/(SICI)1097-0134(20000301)38:4<441::AID-PROT9>3.0.CO;2-L . PMID 10707030 . S2CID 25113714 .
- Rogowski RS, Collins JH, O'Neill TJ, Gustafson TA, Werkman TR, Rogawski MA, Tenenholz TC, Weber DJ, Blaustein MP (november 1996). "Tre nya toxiner från skorpionen Pandinus imperator blockerar selektivt vissa spänningsstyrda K+-kanaler" . Molekylär farmakologi . 50 (5): 1167–77. PMID 8913348 .
- Tytgat J, Chandy KG, Garcia ML, Gutman GA, Martin-Eauclaire MF, van der Walt JJ, Possani LD (november 1999). "En enhetlig nomenklatur för kortkedjiga peptider isolerade från skorpiongifter: alfa-KTx molekylära underfamiljer". Trender inom farmakologiska vetenskaper . 20 (11): 444–7. doi : 10.1016/S0165-6147(99)01398-X . PMID 10542442 .
- Miller C (juli 1995). "Charybdotoxinfamiljen av K+-kanalblockerande peptider" . Neuron . 15 (1): 5–10. doi : 10.1016/0896-6273(95)90057-8 . PMID 7542463 . S2CID 5256644 .
- Mouhat S, De Waard M, Sabatier JM (februari 2005). "Bidrag av den funktionella dyaden av animaliska toxiner som verkar på spänningsstyrda kanaler av Kv1-typ". Journal of Peptide Science . 11 (2): 65–8. doi : 10.1002/psc.630 . PMID 15635666 . S2CID 31444823 .
- Tenenholz TC, Rogowski RS, Collins JH, Blaustein MP, Weber DJ (mars 1997). "Lösningsstruktur för Pandinus toxin K-alfa (PiTX-K alpha), en selektiv blockerare av A-typ kaliumkanaler". Biokemi . 36 (10): 2763–71. doi : 10.1021/bi9628432 . PMID 9062103 . S2CID 19976604 .
- Péter M, Varga Z, Hajdu P, Gáspár R, Damjanovich S, Horjales E, Possani LD, Panyi G (januari 2001). "Effekter av toxiner Pi2 och Pi3 på humana T-lymfocyt Kv1.3-kanaler: rollen av Glu7 och Lys24". The Journal of Membrane Biology . 179 (1): 13–25. doi : 10.1007/s002320010033 . PMID 11155206 . S2CID 19938471 .
