少棘蜈蚣毒液中的Otop1通道激动剂作用机制研究

The venom of S. subspinipes mutilans contains a large number of polypeptide molecules targeting ion channels. The structure and function of KCNQ channels were deeply studied by using centipede toxin SsTx (PNAS 2018). Otop1 is an important proton ion channel, but its gating mechanism remains poorly understood due to lack of research tools. We isolated the first Otop1 polypeptide toxin agonist, SaTx, from the S. subspinipes mutilans, and the toxin has good selectivity and activation activity to Otop1 channel. In this study, we aim to carry out the followings: 1) determine the key sites of SaTx polypeptide activating Otop1 channel by toxin point mutations; 2) screen the key sites activated by SaTx in Otop1 channel by channel chimeras and point mutations; 3) clarify the direct interaction of SaTx and Otop1 amino acid pair by the double mutation cycle; 4) determine the structural model of SaTx activated Otop1 using computer structural simulation. This study will on that account illustrate the mechanism of SaTx activating Otop1 channel and lay a foundation for the structural and functional research of Otop1 channel.

少棘蜈蚣毒液中含有大量靶向离子通道的多肽分子。我们前期利用蜈蚣毒素SsTx深入研究了KCNQ通道的结构与功能(PNAS 2018)。耳蝶呤1型离子通道(Otop1)是重要的氢离子通道，但是由于缺乏研究工具，其门控机制尚不清楚。我们在少棘蜈蚣毒液中分离到首个Otop1多肽毒素激动剂SaTx，该毒素对Otop1有较好的选择性和激活活性。在此基础上，本项目拟进行以下几个方向的研究：1）采用毒素点突变确定SaTx激活Otop1通道的关键位点；2）利用通道嵌合体和点突变筛选Otop1通道被SaTx激活的关键位点；3）通过SaTx和Otop1的双突变循环，明确关键位点之间的直接相互作用；4）借助计算机结构模拟，建立SaTx激活Otop1的结构模型。本项目的实施将探索SaTx激活Otop1的门控机制，为Otop1的结构和功能研究奠定基础。

OTOP1是脊椎动物中一种高度保守的膜蛋白，近期研究表明其是一种全新的质子通道蛋白。鉴于OTOP1通道特殊的结构和门控特性，现阶段我们对OTOP1的门控机制认识不足，并且缺乏有效的研究工具。本项目基于前期从蜈蚣毒液中分离到的OTOP1通道激动剂SaTx，对OTOP1的门控机制进行了初步探索。我们的研究表明：1）SaTx浓度依赖地增强OTOP1电流；2）OTOP1的S134和T247突变显著减弱了SaTx的激活活性；3）SaTx的19R位点突变显著减弱毒素的激活活性；3）计算机模拟结果显示，OTOP1的T247可能和SaTx的19R形成直接的相互作用。该研究提示OTOP1的“C孔”可能参与了OTOP1通道的内向激活；SaTx可以做为OTOP1结构功能研究的工具分子。相关研究成果部分发表在Nature communications， International Journal of Molecular Science等期刊。