Preview

Вестник Московского университета. Серия 16. Биология

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Рекомбинантные пептиды Ce1 и Ce4 из яда скорпиона Centruroides elegans и их взаимодействие с гибридными каналами KcsA-K V 1.X (x = 1, 3, 6)

Полный текст:

Аннотация

Разработана методика получения рекомбинантных функционально-активных пептидов Ce1 и Ce4 из яда скорпиона Centruroides elegans в системе экспрессии Escherichia coli. Выходы Ce1 и Ce4 составили соответственно 6,5 и 12 мг с литра культуры (плотность клеток около 5 оптических единиц). Свойства полученных пептидов исследованы с применением биоинженерных систем на основе гибридных каналов KcsA-Kv1.x (х = 1, 3, 6), содержащих сайты связывания блокаторов соответствующих эукариотических калиевых каналов семейства Kv1. Показано, что рекомбинантные Ce1 и Ce4 вплоть до микромолярных концентраций не проявляют сродства к сайтам связывания каналов Kv1.1 и Kv1.6 и, подобно природным пептидам, селективно взаимодействуют с сайтом связывания канала Kv1.3: кажущиеся константы диссоциации комплексов KcsA-Kv1.3 с рекомбинантными Ce1 и Ce4 равны, соответственно, 50±10 и 200±30 нМ (среднее ± стандартная ошибка среднего).

Об авторах

Н. А. Орлов
Кафедра биоинженерии, биологический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; School of Biology, Shenzhen MSU-BIT University, No. 1, International University Park Road, Dayun New Town, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province
Россия

 аспирант, вед. инженер, инженер лаборатории оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул

Тел. 8-495-336-64-55

 Россия, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 

 Россия, 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10 

 518172, China 



С. А. Якимов
Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Россия

 инженер-исследователь группы нанобиоинженерии

Тел. 8-495-330-66-38

 Россия, 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10 



О. В. Некрасова
Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН
Россия

 канд. биол. наук, руководитель группы нанобиоинженерии отдела биоинженерии

Тел. 8-495-330-66-38

 Россия, 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10 



А. В. Феофанов
Кафедра биоинженерии, биологический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН;
Россия

докт. биол. наук, проф., руководитель лаборатории оптической микроскопии и спектроскопии биомолекул

Тел. 8-495-336-64-55

 Россия, 119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 

 Россия, 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 16/10 



Список литературы

1. Jan L.Y., Jan Y.N. Voltage-gated potassium channels and the diversity of electrical signalling // J. Physiol. 2012. Vol. 590. N 11. P. 2591–2599.

2. González C., Baez-Nieto D., Valencia I., Oyarzún I., Rojas P., Naranjo D., Latorre R. K+ channels: functionstructural overview // Compr. Physiol. 2012. Vol. 2. N 3. P. 2087–2149.

3. Chow L.W.C., Leung Y.M. The versatile Kv channels in the nervous system: actions beyond action potentials // Cell. Mol. Life Sci. 2020. Vol. 77. N 13. P. 2473–2482.

4. Wulff H., Castle N.A., Pardo L.A. Voltage-gated potassium channels as therapeutic targets // Nat. Rev. Drug Discov. 2009. N 12. P. 982–1001.

5. Beraud E., Viola A., Regaya I., Confort-Gouny S., Siaud P., Ibarrola D., le Fur Y., Barbaria J., Pellissier J.F., Sabatier J.M., Medina I., Cozzone P.J. Block of neural Kv1.1 potassium channels for neuroinflammatory disease therapy // Ann. Neurol. 2006. Vol. 60. N 5. P. 586–596.

6. Cañas C.A., Castaño-Valencia S., Castro-Herrera F. Pharmacological blockade of KV1.3 channel as a promising treatment in autoimmune diseases // J. Transl. Autoimmun. 2022. Vol. 5: 100146.

7. Fomina A.F., Nguyen H.M., Wulff H. Kv1.3 inhibition attenuates neuroinflammation through disruption of microglial calcium signaling // Channels. 2021. Vol. 15. N 1. P. 67–78.

8. Kuzmenkov A.I., Grishin E.V., Vassilevski A.A. Diversity of potassium channel ligands: focus on scorpion toxins // Biochemistry (Mosc). 2015. Vol. 80. N 13. P. 1764–1799.

9. Banerjee A., Lee A., Campbell E., Mackinnon R. Structure of a pore-blocking toxin in complex with a eukaryotic voltagedependent K+ channel // Elife. 2013. N 2: e00594.

10. Hu L., Pennington M., Jiang Q., Whartenby K.A., Calabresi P.A. Characterization of the functional properties of the voltage-gated potassium channel Kv1.3 in human CD4+ T lymphocytes // J. Immunol. 2007. Vol. 179. N 7. P. 4563–4570.

11. Doczi M.A., Morielli A.D., Damon D.H. Kv1.3 channels in postganglionic sympathetic neurons: Expression, function, and modulation // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2008. Vol. 295. N 3. P. R733–R740.

12. Pennington M.W., Czerwinski A., Norton R.S. Peptide therapeutics from venom: Current status and potential // Bioorganic Med. Chem. 2018. Vol. 26. N. 10. P. 2738–2758.

13. Gubič Š., Hendrickx L.A., Toplak Ž., Sterle M., Peigneur S., Tomašič T., Pardo L.A., Tytgat J, Zega A., Mašič L.P. Discovery of KV1.3 ion channel inhibitors: Medicinal chemistry approaches and challenges // Med. Res. Rev. 2021 Vol. 41. N 4. P. 2423–2473.

14. Tarcha E.J., Olsen C.M., Probst P., Peckham D., Muñoz-Elías E.J., Kruger J.G., Iadonato S.P. Safety and pharmacodynamics of dalazatide, a Kv1.3 channel inhibitor, in the treatment of plaque psoriasis: A randomized phase 1b trial // PLoS One. 2017. Vol. 12. N 7: e0180762.

15. Rodríguez De La Vega R.C., Merino E., Becerril B., Possani L.D. Novel interactions between K+ channels and scorpion toxins // Trends Pharmacol. Sci. 2003. Vol. 24. N 5. P. 222–227.

16. Giangiacomo K.M., Ceralde Y., Mullmann T.J. Molecular basis of alpha-KTx specificity // Toxicon. 2004. Vol. 43. N 8. P. 877–886.

17. Nekrasova O.V., Volyntseva A.D., Kudryashova K.S., Novoseletsky V.N., Lyapina E.A., Illarionova A.V., Yakimov S.A., Korolkova Y.V., Shaitan K.V., Kirpichnikov M.P., Feofanov A.V. Complexes of peptide blockers with Kv1.6 pore domain: molecular modeling and studies with KcsA-Kv1.6 channel // J. Neuroimmune Pharmacol. 2017. Vol. 12. N 2. P. 260–276.

18. Olamendi-Portugal T., Somodi S., Fernández J.A., Zamudio F.Z., Becerril B., Varga Z., Panyi G., Gáspár R., Possani L.D. Novel α-KTx peptides from the venom of the scorpion Centruroides elegans selectively blockade Kv1.3 over IKCa1 K+ channels of T cells // Toxicon. 2005. Vol. 46. N 4. P. 418–429.

19. D’adamo M.C., Liantonio A., Rolland J.F., Pessia M., Imbrici P. Kv1.1 channelopathies: Pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21. N 8: 2935.

20. Peck L.J., Patel R., Diaz P., Wintle Y.M., Dickenson A.H., Todd A.J., Calvo M., Bennett D.L.H. Studying independent Kcna6 knock-out mice reveals toxicity of exogenous LacZ to central nociceptor terminals and differential effects of Kv1.6 on acute and neuropathic pain sensation // J. Neurosci. 2021. Vol. 41. N 44. P. 9141–9162.

21. Koschak A., Bugianesi R.M., Mitterdorfer J., Kaczorowski G.J., Garcia M.L., Knaus H.G. Subunit composition of brain voltage-gated potassium channels determined by hongotoxin-1, a novel peptide derived from Centruroides limbatus venom // J. Biol. Chem. 1998. Vol. 273. N 5. P. 2639–2644.

22. Bartok A., Toth A., Somodi S., Szanto T.G., Hajdu P., Panyi G., Varga Z. Margatoxin is a non-selective inhibitor of human Kv1.3 K+ channels // Toxicon. 2014. Vol. 87. P. 6–16.

23. Grissmer S., Nguyen A.N., Aiyar J., Hanson D.C., Mather R.J., Gutman G.A., Karmilowicz M.J., Auperin D.D., Chandy K.G. Pharmacological characterization of five cloned voltage-gated K+ channels, types Kv1.1, 1.2, 1.3, 1.5, and 3.1, stably expressed in mammalian cell lines // Mol. Pharmacol. 1994. Vol. 45. N 6. P. 1227–1234.

24. Kudryashova K.S., Nekrasova O.V., Kuzmenkov A.I., Vassilevski A.A., Ignatova A.A., Korolkova Y.V., Grishin E.V., Kirpichnikov M.P., Feofanov A.V. Fluorescent system based on bacterial expression of hybrid KcsA channels designed for Kv1.3 ligand screening and study // Anal. Bioanal. Chem. 2013. Vol. 405. N 7. P. 2379–2389.

25. Kuzmenkov A.I., Vassilevski A.A., Kudryashova K.S., Nekrasova O.V., Peigneur S., Tytgat J., Feofanov A.V., Kirpichnikov M.P., Grishin E.V. Variability of potassium channel blockers in Mesobuthus eupeus scorpion venom with focus on Kv1.1: an integrated transcriptomic and proteomic study // J. Biol. Chem. 2015. Vol. 290. N 19. P. 12195–12209.

26. Tropea J.E., Cherry S., Waugh D.S. Expression and purification of solubleHis6-tagged TEV protease // High throughput protein expression and purification. Methods in Molecular Biology, vol. 498. / Ed. S.A. Doyle. Humana press, 2009. P. 297–307.

27. Nekrasova O., Kudryashova K., Fradkov A., Yakimov S., Savelieva M., Kirpichnikov M., Feofanov A. Straightforward approach to produce recombinant scorpion toxins—Pore blockers of potassium channels // J. Biotechnol. 2017. Vol. 241. P. 127–135.

28. Kuipers B.J.H., Gruppen H. Prediction of molar extinction coefficients ofproteins and peptides using UV absorption of the constituent amino acids at214 nm to enable quantitative reverse phase high-performance liquidchromatography-mass spectrometry analysis // J. Agric. Food Chem. 2007. Vol. 55. N 14. P. 5445–5451.

29. Orlov N., Nekrasova O., Feofanov A. Fluorescent ligands of Kv1 channels on the basis of hongotoxin: Atto488-hongotoxin // Microsc. Microanal. 2019. Vol. 25. Suppl. 2. P. 1278–1279.

30. Kuzmenkov A.I., Nekrasova O.V., Kudryashova K.S., Peigneur S., Tytgat J., Stepanov A.V., Kirpichnikov M.P., Grishin E.V., Feofanov A.V., Vassilevski A.A. Fluorescent protein-scorpion toxin chimera is a convenient molecular tool for studies of potassium channels // Sci. Rep. 2016. Vol. 6: 33314.

31. Denisova K.R., Orlov N.A., Yakimov S.A., Kryukova E.A., Dolgikh D.A., Kirpichnikov M.P., Feofanov A.V., Nekrasova O.V. GFP-margatoxin, a genetically encoded fluorescent ligand to probe affinity of Kv1.3 channel blockers // Int. J. Mol. Sci. 2022.Vol. 23. N 3: 1724.

32. Garcia M.L., Garcia-Calvo M., Hidalgo P., Lee A., MacKinnon R. Purification and characterization of three inhibitors of voltage-dependent K+ channels from Leiurus quinquestriatus var. hebraeus venom // Biochemistry. 1994. Vol. 33. N. 22. P. 6834–6839.

33. George Chandy K., Cahalan M., Pennington M., Norton R.S., Wulff H., Gutman G.A. Potassium channels in T lymphocytes: Toxins to therapeutic immunosuppressants // Toxicon. 2001. Vol. 39. N 9. P. 1269–1276.

34. Legros C., Pollmann V., Farrell A.M., Bougis P.E., Martin-eauclaire M., Pongs O. Generating a high affinity scorpion toxin receptor in KcsA-Kv1.3 chimeric potassium channels // Biochemistry. 2000. Vol. 275. N 22. P. 16918–16924.

35. Chen R., Chung S.H. Binding modes of two scorpion toxins to the voltage-gated potassium channel Kv1.3 revealed from molecular dynamics // Toxins. 2014. Vol. 6. N 7. P. 2149–2161.


Рецензия

Для цитирования:


Орлов Н.А., Якимов С.А., Некрасова О.В., Феофанов А.В. Рекомбинантные пептиды Ce1 и Ce4 из яда скорпиона Centruroides elegans и их взаимодействие с гибридными каналами KcsA-K V 1.X (x = 1, 3, 6). Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2022;77(2):122–129.

For citation:


Orlov N.A., Yakimov S.A., Nekrasova O.V., Feofanov A.V. Recombinant peptides Ce1 and Ce4 from venom of scorpion Centruroides elegans and their interactions with hybrid channels KcsA-K V 1.x (x = 1, 3, 6). Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2022;77(2):122–129. (In Russ.)

Просмотров: 37


ISSN 0137-0952 (Print)