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プロトキシン-I は、ProTx-I またはベータ/オメガ-セラフォトキシン-Tp1a としても知られ、タランチュラThrixopelma pruriensの毒液から抽出された35 アミノ酸ペプチド神経毒です。プロトキシン-I は、電位依存性イオンチャネルを強力に阻害することが知られているペプチド毒素の阻害性シスチンノット(ICK) ファミリーに属しています。プロトキシン-I は、低電位閾値T 型カルシウムチャネル[ 1] [2] 、電位依存性ナトリウムチャネル[3] [4]、および痛覚受容体カチオンチャネルTRPA1 [5]を選択的にブロックします。TRPA1に結合する独自の能力により、プロトキシン-I は、痛みや炎症に関する臨床的状況で潜在的な用途を持つ貴重な薬理学的試薬として関連付けられています[5]
起源
プロトキシンIは、ペルーグリーンベルベットスパイダーとしても知られるタランチュラスパイダーThrixopelma pruriensの毒から抽出された毒素です。このスパイダーは、獲物を動けなくしたり捕らえたりするためにこれを使用します。 [6]成熟毒素ペプチドの一次構造は、タランチュラスパイダーBumba pulcherrimaklaasiのベータ/オメガ-セラフォトキシン-Bp1aと相同性があり、 Theraphosinae亜科内の共通毒素であることが示唆されています。[7]
構造と活性部位
プロトキシン-Iは、Glu-Cys-Arg-Tyr-Trp-Leu-Gly-Gly-Cys-Ser-Ala-Gly-Gln-Thr-Cys-Cys-Lys-His-Leu-Val-Cys-Ser-Arg-Arg-His-Gly-Trp-Cys-Val-Trp-Asp-Gly-Thr-Phe-Ser（1文字配列については表1を参照）の35アミノ酸配列を持ち、Cys2- Cys16、Cys9-Cys21、およびCys15-Cys28の間に3つのジスルフィド結合を持つペプチドです。 [7] プロトキシン-Iの核磁気共鳴分光法では、タンパク質構造に2つのベータストランドがあることが明らかになりました。 [5]クモ毒から単離されたゲーティング修飾毒素はすべて、疎水性残基で満たされた疎水性パッチと、ペプチドの脂質膜への結合を促進する正と負に帯電した残基のリングに囲まれた保存された分子構造を共有しています。[8]
単一のアミノ酸をアラニンに体系的に交換することで、プロトキシン-Iの毒性に関与する特徴を明らかにすることができます。そのため、置換R3A、W5A、K17E、L19A、S22A、R23A、W27A、V29A、W30A、D31A、G31A、F34Aは、毒素がナトリウムチャネルNaV1.2を阻害する能力を低下させます。 [ 5] [7] 同様に、置換L6A、L19A、W27A、V29A、W30A、D31AもNaV1.7ナトリウムチャネルに対する阻害効果を低下させます。[7]最後に、置換Q13A、L19A、S22A、W30A、F34A、S35Aは、TRPA1受容体に結合するプロトキシン-Iの活性部位を明らかにします。[5]これらの機能喪失置換は主に疎水性パッチと正および負に帯電したリング内の残基を表しており、これらの領域がイオンチャネル結合において重要な役割を果たしているという考えをさらに裏付けています。[8]
毒性力学
他のゲーティング修飾クモ毒と同様に、プロトキシンIは、イオンチャネル電圧センサードメインと複雑なアロステリック相互作用を示すアニオン性脂質含有膜に優先的に結合します。 [9] [10]脂質膜に結合した後、プロトキシンIは疎水性パッチ内のトリプトファン残基の助けを借りてアニオン性膜上の浅い位置を取ります。 [8]そこで、毒素上の正および負に帯電したリングは、電位依存性イオンチャネル上の疎水性およびアニオン性残基の保存された配列に結合することができます。[11] [12]
電位依存性ナトリウムチャネル
ICKファミリーの他のゲーティング修飾毒素と同様に、プロトキシンIは、電位依存性ナトリウムチャネルの活性化の電圧依存性をより正の電位にシフトすることによって作用する。[3]プロトキシンIはナトリウムチャネル間の選択性をほとんど示さないため、Na v 1.8チャネルとの相互作用を介して感覚ニューロンのTTX抵抗性ナトリウム電流を強力に阻害することができる点で、他のICK毒素と異なる。[3] [4]プロトキシンIは、Na V 1.2、Na V 1.6、Na V 1.7、およびNa V 1.8に強力に結合することがわかっている。[3] [7]電位依存性ナトリウムチャネルの孔形成αサブユニットは、それぞれが独自の電圧センサードメインを持つ4つの相同ドメインで構成される。研究により、プロトキシンIはドメインIIおよびドメインIVの電圧センサードメインと相互作用し、それによってチャネルを機能的に阻害することがわかっている。[7]プロトキシンIが電位依存性ナトリウムチャネルに結合する際の多様性は、ペプチド表面の正電荷残基の量が多く、ナトリウムチャネルの電位センサードメインの表面にある保存されたアミノ酸配列に結合するためであると考えられています。 [8]この考えは、プロトキシンIが電位センサードメイン上のアニオン残基が比較的少ないNaV1.4とNaV1.5にあまり強く結合しないという事実によってさらに裏付けられています。[8]
電位依存性T型カルシウムチャネル
プロトキシン-Iは、 T型カルシウムチャネルの活性化の電圧依存性をシフトさせることもわかっています。[1] [3]特に、プロトキシン-IはCa V 3.1チャネルを他のヒトT型カルシウムチャネルと区別することができ、Ca V 3.2の160倍の効力の増加を示し、 [1] Ca V 3.3の10倍の効力の増加を示します。[2]プロトキシン-Iは、T型カルシウムチャネルの不活性化の電圧依存性を変えることなく、活性化の電圧依存性をより正の電位にシフトします。[3]キメラチャネルタンパク質の使用により、Ca V 3.1チャネルタンパク質のドメインIV上のS3-S4リンカーは、プロトキシン-Iに対してより高い感受性を持つことが特定されており、このドメインはプロトキシン-Iの結合を受けやすい特定の残基を示すことが示唆されています。[1] [2]
一過性受容体電位アンキリン1（TRPA1）
プロトキシンは、最初の高親和性ペプチドTRPA1拮抗薬であることが確認されました。[5] TRPA1は、多くのヒトおよび動物細胞の細胞膜上に発現する主要な痛覚受容体チャネルです。Na V 1.2とTRPA1は、プロトキシンIがこれらのイオンチャネルに結合する部分的に相同な結合部位を持つことがわかりました。これらの結合表面は、ナトリウムチャネルと同様に、TRPA1チャネルのS1-S4ゲーティングドメインの細胞外ループ上に位置しています。[5]
治療用途
マウスを用いた生体内試験では、プロトキシンIの脊髄内注射により、神経毒性の兆候なしに急性疼痛および炎症におけるホルマリンに対する反応が軽減されることが明らかになった。[13]
プロトキシンIの改変により、結合の特異性が変化し、TRPA1またはNaV1.2ゲーティング機構のいずれかにのみ結合するペプチドが生成されます。[5]これにより、TRPA1の根底にある生理学的機能とメカニズムへのより深い洞察が得られ、痛みや炎症の治療における臨床応用の可能性が高まります。TRPA1は、多くの疼痛誘発性病態生理学的疼痛の最終共通経路を表しているため、TRPA1拮抗薬を使用した疼痛治療は、薬理学的に応用できると期待できます[14]
参考文献
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