来自海葵Bunodosoma goanense(Vennam & den Hartog, 1993)转录组的Nav靶向肽NavTx-Bg1的鉴定及其功能特性研究

时间:2026年2月1日
来源:Toxicon

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钠通道靶向肽的转录组学发现与功能验证来自印度西海岸海葵Bunodosoma goanense。通过分析已建好的转录组数据,预测并合成了具有Nav1.4和Nav1.5抑制活性的肽段,经电生理学测试和鱼类麻痹实验确认功能活性,同时从天然毒液中分离出同活性肽段。本研究验证了转录组学指导的海洋毒素探索策略在发现离子通道调节剂方面的有效性。

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Cecelia Menezes|Narsinh Thakur|Kathleen Carleer|Steve Peigneur|Jan Tytgat
印度果阿多纳保罗的CSIR-国家海洋学研究所

摘要

海葵是毒肽的丰富来源,其中许多毒肽针对电压门控钠通道(Nav),在药物开发方面具有巨大潜力。在这项研究中,我们采用转录组学指导的方法来预测并功能表征来自Bunodosoma goanense海葵的一种Nav靶向肽。我们发现了一种与已知钠通道调节剂具有同源性的候选肽转录本。这种从转录本中获得的肽经过化学合成并测试了其活性。通过对过表达Nav1.4和Nav1.5通道的Xenopus laevis卵母细胞进行双电极电压钳(TEVC)电生理实验以及收缩麻痹实验,证实了其功能活性。后续对触手毒液的纯化分离出具有相同生物活性的天然肽。我们的工作展示了预测性转录组学在可持续发现毒肽方面的强大能力。

引言

可兴奋细胞的功能在很大程度上依赖于电压门控钠通道(Nav),这些通道控制着神经、肌肉和心脏细胞等组织的动作电位的产生和传导。Nav通道的活性与多种人类疾病有关,如癫痫、慢性疼痛、心律失常和肌强直。因此,特定Nav通道亚型的药理学调控已成为治疗干预的一种有吸引力的策略(Catterall, 2012; King & Vetter, 2014)。动物毒液,特别是来自海洋生物的毒液,是Nav调节剂的丰富且未充分利用的来源。海葵(刺胞动物门:珊瑚虫纲)产生的肽毒素已知能以高特异性和亲和力与Nav通道相互作用。这些通常大小为3–5 kDa的肽由于含有多个二硫键而具有很高的稳定性,它们通过延迟通道失活或改变激活的电压依赖性来发挥作用(Bosmans & Tytgat, 2007)。其中一些肽已被证明是药物开发的宝贵工具和先导化合物。
Bunodosoma属是这类毒素的已知来源。多项研究强调了海葵毒液的药理学丰富性,尤其是Bunodosoma属,该属以产生调节电压门控离子通道的肽而闻名。从Bunodosoma granulifera海葵中分离出了BgII和BgIII两种钠通道毒素(Goudet et al., 2001)。Zaharenko等人(2008a, 2008b)对最初从Bunodosoma cangicum中描述的cangitoxin进行了表征,并报道了两种新亚型cangitoxin II和III的纯化和功能验证。Oliveira等人(2006)报道了Bunodosoma caissarum毒液中的BcIV肽具有麻痹作用。Salceda等人(2010)发现从Bunodosoma caissarum中分离出的BcIII毒素可以影响大鼠神经元的钠电流动力学。尽管如此,该属内的其他物种在毒素学方面几乎尚未被研究。
Bunodosoma goanense(Vennam & den Hartog, 1993)(图1)原产于印度西海岸和新加坡的潮间带岩石海岸(Vennam and den Hartog, 1993; Fautin et al., 2015),是一种潜在的、但尚未充分探索的基于肽的生物活性物质资源。在本研究中,我们采用转录组学指导的方法来识别和功能表征B. goanense中的Nav活性肽。利用之前组装的该物种转录组(Menezes等人,正在审稿中,登录号GKWR01000000),我们从数据集中挖掘了候选毒素序列,并鉴定出一种与已知海葵钠通道毒素高度相似的肽。这种预测的肽通过双电极电压钳(TEVC)记录和鱼类麻痹生物实验进行了合成和功能验证,证实了其对Nav1.4和Nav1.5亚型的活性。同时,我们从B. goanense中提取了天然毒液,使用色谱技术对其进行分离,并分离出与转录本衍生候选肽具有相同功能特性的活性肽。
类似地,蛋白质组学和转录组学研究鉴定出了几组不同的表达肽毒素,包括神经毒素和蛋白酶抑制剂。一种Kunitz类型的肽ZoaKuz1被预测为电压门控钾通道的阻断剂。功能生物实验在斑马鱼帕金森病模型中证实了其神经保护作用(Liao et al., 2019)。通过整合转录组学、蛋白质组学和肽组学的多组学方法研究了毒液成分,从而鉴定出多种毒素,包括具有神经毒性和止血活性的毒素。这项研究强调了毒液的复杂性以及整合组学在发现新型生物活性化合物方面的有效性(Mazzi et al., 2023)。转录组学研究还发现了新的肽,如U-AITx-Ate1,对其进行了结构表征并在功能实验中进行了测试。这种方法突显了转录组学在识别具有独特结构和生物活性的肽方面的潜力(Elnahriry et al., 2019)。这些研究表明了将转录组数据与功能验证相结合在发现和表征毒液中的新肽方面的有效性。我们的发现为支持海洋毒液作为药理活性肽的丰富来源提供了新的证据,并增进了对Bunodosoma goanense这种先前未被表征的印度海葵物种的毒液组成的理解。

部分内容摘录

转录组资源和毒肽预测

本研究中使用的注释转录组是由我们团队在另一项关于Bunodosoma goanense与珊瑚虫之间空间竞争的研究中组装的(Menezes等人,正在审稿中)。该转录组组装项目已存放在DDBJ/EMBL/GenBank,登录号为GKWR00000000。本研究中使用的版本是第一个版本,即GKWR01000000。这个转录组组装作为基础数据集

Nav肽候选物的转录组发现

我们采用转录组学方法来识别B. goanense中的潜在毒肽。对毒液相关转录本的注释揭示了16个不同的毒肽家族(表1和补充信息),包括神经毒素和细胞毒素,这些都是海葵毒液的典型特征。其中有一种候选肽与海葵Nav毒素具有显著的同源性。该肽含有六个保守的半胱氨酸残基,形成了类似Beta防御素的基序(King, 2019

讨论

我们首次提供了来自Bunodosoma goanense毒液的钠通道靶向肽的证据,并通过转录组分析对其进行了功能表征。通过进化,毒液发展成为复杂的肽和蛋白质混合物,这些成分作为先进的化学武器,常常针对关键生理系统,如离子通道(Fry et al., 2009; Menezes & Thakur, 2022; Madio et al., 2019)。海葵毒液中的

结论

本研究首次发现了来自Bunodosoma goanense海葵的钠通道靶向肽,并对其进行了功能表征。通过挖掘注释过的转录组,我们鉴定出一种新的肽序列,并通过合成和电生理实验确认了其对rNav1.4和hNav1.5的活性。我们的工作表明,基于转录组的毒液探索是发现离子通道调节剂的强大策略,有助于新

CRediT作者贡献声明

Kathleen Carleer:正式分析、数据管理。Narsinh Thakur:写作——审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取、概念化。Steve Peigneur:写作——审稿与编辑、可视化、验证、监督、方法论、正式分析、数据管理、概念化。Jan Tytgat:写作——审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、方法论、资金获取,

未引用的参考文献

Buczek et al., 2005; Craik et al., 2001; Daly and Craik, 2011; King, 2011.

伦理声明

使用Xenopus laevis青蛙得到了鲁汶大学动物研究伦理委员会的批准,所有实验程序均符合欧盟2010/63/EU关于实验动物护理的规定。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时,第一作者CM使用了ChatGPT来改进手稿的英语语言和语法。使用该工具/服务后,作者根据需要审查和编辑了内容,并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突:
Cecelia Menezes报告称获得了欧洲分子生物学组织的财务支持。Cecelia Menezes还报告获得了印度科技部的财务支持

致谢

我们感谢CSIR-国家海洋学研究所(NIO)的所长。CM感谢EMBO科学交流基金(编号10178)和DST/INSPIRE奖学金[IF190436](由印度政府科技部颁发)的财政支持。Stephen Menezes感谢提供了Gambusia鱼苗。NLT感谢印度科学与工业研究委员会CSIR)提供的研究资金支持。

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