印鼠客蚤FS50肽抑制Nav1.5钠通道的结构基础和作用机制

Proteins affecting ion channels were reported from a lot of different spieces, while just few of them were from blood-feeding arthropods. We found that FS50 contained the calssical core βαββ of scorpin β toxin, and could inhibit specfically Nav1.5 and rescue rats from arrhythmia induced by BaCl2. Based on data obtained by us, we plan in this project to do the followings: First, to mutate crucial residues on FS50's molecular surface and analyse the mutants' function in order to find the bioactive determinant of FS50; Secondly, to mutate its potential binding sites in Nav1.5 and study the change of FS50 inhibiting Nav1.5 to discover the site and molecular mechanism of its interaction with Nav1.5; Thirdly, to carry on detailed patch clamp experiments to confirm the its binding site and molecular mechanism of interaction with Nav1.5. These research will help understand the structure basis and mechanism of FS50 inhibiting Nav1.5 and be used as theory basis and guide for FS50 as antiarrhythmia drugs.

在多种动物中已发现作用于离子通道的蛋白，但在吸血节肢动物中却很少见。我们研究发现，印鼠客蚤唾液腺分泌多肽FS50含有蝎子β毒素典型的βαββ核心结构，且能特异性抑制Nav1.5和解救BaCl2诱发的大鼠心律失常。本项目拟在前期工作基础上，定点突变FS50分子表面疏水区、带电区和其他对药理活性重要区域的氨基酸，研究每个突变位点对FS50生物功能的影响，以期望找到FS50上决定生物功能的关键位点；定点突变Nav1.5上潜在的FS50结合位点，研究FS50对Nav1.5突变体电生理功能的影响，以期望找到FS50在Nav1.5上的结合位点及其抑制Nav1.5的分子机制；开展详细而全面的膜片钳分析来进一步确定FS50在Nav1.5上的结合位点及抑制机制；总之，我们希望揭示FS50抑制Nav1.5钠通道的结构基础和作用机制以便为其作为抗心律失常药物提供理论基础和指导。

吸血节肢动物的唾液腺含有抗炎、抗止血和免疫调节的药理活血物质，但是跳蚤唾液腺中的药理活性物质确很少被报道。本项目拟在前期工作基础上，定点突变印鼠客蚤唾液腺分泌多肽FS50分子表面疏水区、带电区和其他对药理活性重要区域的氨基酸，研究每个突变位点对FS50生物功能的影响，以期望找到FS50上决定生物功能的关键位点；定点突变Nav1.5上潜在的FS50结合位点，研究FS50对NaV1.5突变体电生理功能的影响，以期望找到FS50在Nav1.5上的结合位点及其抑制NaV1.5的分子机制；开展详细而全面的膜片钳分析来进一步确定FS50在NaV1.5上的结合位点及抑制机制；我们的研究结果显示FS50能够抑制NaV1.5通道，其结构带有一个与蝎子β毒素相似的βαββ结构域和一个N端小βαβ的结构域，分子表面的Arg 6、His 11和Lys 32对其发挥离子通道阻滞作用有重要影响。FS50在体内能特异性抑制NaV1.5和解救BaCl2诱发的大鼠心律失常。FS50还能抑制表达NaV1.5的MDA-MB-231乳腺癌细胞的迁移和侵袭，其机制与抑制细胞钠电流和降低NaV1.5在细胞膜表达导致细胞金属蛋白酶活性降低有关。结构上也带有βαββ结构域的FS48能够抑制KV1.1通道和小鼠皮层神经元钠通道的功能，具有镇痛、抗炎作用和抑制表达KV1.1的NCI-H460细胞的迁移和侵袭的功能。这些研究结果促进了研究离子通道结构与功能关系的工具试剂的发现，加强了对印鼠客蚤吸血分子机制的进一步理解，同时提供新抗炎、镇痛和抗心律失常药物的前体。在计划执行的四年里，我们共发表论文3篇，核心期刊论文4篇，申请专利3项，发表的SCI论文影响因子累计超过50。此外，还有4篇文章待投搞。因此，我们圆满完成了计划的各项指标。