一种二聚体多肽毒素对钠通道亚型有不同调控模式的分子机制研究

To identify novel peptide toxins that target sodium channel and elucidate the action mechanism. Important for understand the relationship between structure and function of peptide toxins and sodium channels. Our previous study aimed to identify novel sodium channel modulator from peptide toxins. we identified a peptide that comprises two homologous inhibitor cystine knot domains separated by a disulfide bond. Compared with the previously reported toxins, it potently modulates sodium channels via a unique mode of action. Patch clamp studies indicated that homologous toxin inhibits the activation of Nav1.4-1.7 by binding to the voltage sensor of domain II， while it delays the inactivation of Nav1.9 by binding to the voltage sensor of domain III. Subsequently, in the present study, we will try to elucidate the action mechanisms through investigating the toxin structure, mode of action and construction of peptide-channel complex, and exploited the homologous toxin to probe the role of DIII VSD in Nav1.9 inactivation. This study will expand our understanding for sodium channels, and promote the relationship between structure and function of sodium channels (especially Nav1.9).

多肽毒素调制电压门控钠通道的作用机制研究一直是多肽毒素研究的重点。前期研究从蜘蛛毒液中鉴定到一个由链间二硫键形成的同二聚体多肽毒素，不同于已知钠通道多肽毒素，它对各钠通道亚型的调控模式有所不同：抑制Nav1.9快失活，不影响Nav1.8，抑制其他亚型如Nav1.7激活；进而发现它分别结合于Nav1.7的DIIVSD和Nav1.9的DIIIVSD，故推测它通过二聚体结构识别钠通道亚型的不同位点产生不同的调控模式，并提示DIIIVSD可能与Nav1.9快失活耦联。这与当前认知不同，因对Nav1.7等亚型，DIIIVSD主要起激活作用。鉴于此，本项目拟在毒素结构、作用模式和相互作用位点三个层面深入探究，以证实上述推测，为多肽毒素与钠通道互作的多样性和分子机制提供新知识。进一步以该毒素为分子工具建立检测模型，探究Nav1.9 DIIIVSD耦联失活的分子机制，促进Nav1.9门控调节机制研究进展。

多肽毒素调制电压门控钠通道的作用机制研究一直是多肽毒素研究的重点。由于钠通道亚型上多肽毒素的结合位点具有较大保守性，同一个多肽毒素在不同亚型上往往具有相似的结合位点，因此对不同亚型通常具有相同的作用模式；然而，能够识别多肽毒素结合位点的微小序列差异，作用于钠通道亚型上不同的结合位点、并产生不同作用模式的多肽毒素鲜有报道。本项目鉴定到两个对钠通道具有不同作用模式的多肽毒素（Gr4b和HpTx1），它们对各钠通道亚型的调控模式有所不同：抑制Nav1.9 快失活，不影响Nav1.8，抑制其他亚型如Nav1.7激活。结合膜片钳电生理和通道突变分析，系统探究两个多肽毒素作用于Nav1.7和Nav1.9的分子机制，发现两个多肽毒素均以相同的作用模式抑制Nav1.7电流，即作用于DII VSD；而Gr4b延缓Nav1.9快失活主要是与通道DIII VSD相互作用，HpTx1则通过与Nav1.9 DIV VSD相互作用延缓快失活。综上所述，本项目阐明了多肽毒素对钠通道具有不同作用模式的分子机制，同时发现一个新的钠通道多肽毒素结合位点-DIII VSD，揭示了DIII VSD在通道快失活过程中扮演重要角色。