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APEKTx1

El inhibidor de la serina proteasa de tipo Kunitz APEKTx1 es una toxina peptídica derivada de la anémona de mar Anthopleura elegantissima . Esta toxina tiene una doble función: actúa como inhibidor de la serina proteasa y como bloqueador selectivo y potente de los poros de K v 1.1 , un canal de potasio dependiente de voltaje relacionado con el agitador .

Fuentes

APEKTx1 es una potente toxina purificada de la anémona de mar A. elegantissima . [1] Además de APEKTx1, se han identificado otras toxinas como APETx1 , [2] APE1-1, APE1-2, APE2-2, ApC, [3] y APETx2 [4] en A. elegantissima .

Química

Predicción de la estructura del monómero APEKTx1 (modelo de pliegue alfa). La confianza media por residuo (pLDDT) es del 91,46 %. Los niveles de confianza del modelo están codificados por colores: azul oscuro muy alto (pLDDT > 90), azul claro alto (90 > pLDDT > 70), naranja bajo (70 > pLDDT > 50) y amarillo muy bajo (pLDDT < 50).

Este péptido tiene 65 aminoácidos reticulados por 3 puentes disulfuro y tiene una masa molecular de 7475 Da. Actúa como un monómero. La toxina pertenece a los péptidos de anémona de mar de tipo 2 que se dirigen a los canales de K dependientes de voltaje. Otras toxinas de tipo 2 son las kalicludinas de Anemonia sulcata , que bloquean selectivamente los canales de K v 1.2, [5] y SHTX II de Stichodactyla haddoni . [6] La homología estructural también se comparte con el inhibidor básico de tripsina pancreática (BPTI) , un inhibidor de proteasa de tipo Kunitz muy potente, y las dendrotoxinas (DTX I y α-DTX), que son potentes inhibidores de los canales de potasio dependientes de voltaje. [1]

Objetivo

APEKTx1 es un bloqueador altamente selectivo del canal de potasio dependiente de voltaje K v 1.1 sin efecto sobre otros canales de potasio probados ( K v 1.2 , K v 1.3 , K v 1.4 , K v 1.5 , K v 1.6 , Shaker IR, K v 2.1 , K v 3.1 , K v 4.2 y K v 4.3 ). [1] APEKTx1 bloquea selectivamente los canales K v 1.1 con un valor IC50 de 0,9 nM, lo que lo convierte en un inhibidor entre 700 y 3000 veces más potente que los dos péptidos de anémona de mar conocidos dirigidos contra los canales K v (kalicludinas y SHTX II). [1] Se cree que APEKTx1 interactúa con K v 1.1 a través del residuo alifático alanina (A352), un residuo ácido glutamato (E353) y un residuo aromático tirosina (Y379), ya que una mutación en estos sitios provoca una pérdida de afinidad de la toxina por K v 1.1. [1] [7] Estos residuos se encuentran en el bucle H5 entre los dominios S5 y S6 y son parte del poro del canal. [7] [8]

Además, APEKTx1 actúa como un potente inhibidor de la tripsina ( K d = 124 nM), probablemente competitivo. Sin embargo, la inhibición de la tripsina es más potente (ya que tiene una mayor afinidad) en BPTI, lo que se puede explicar por la presencia de Phe13 y Pro19 en APEKTx1, lo que provoca una interacción desfavorable. [1]

Modo de acción

APEKTx1 funciona bloqueando el canal K v 1.1 en su conformación abierta, sin mostrar ningún efecto sobre la dependencia del voltaje de la activación del canal. [1] A diferencia de ciertas toxinas homólogas como DTX-K, APEKTx1 puede bloquear completamente la corriente K + . Se presume que el sitio de unión de la toxina se encuentra en el lado extracelular, como lo demuestra la rápida inhibición de la corriente a través de los canales K v 1.1 y la unión reversible tras el lavado. A diferencia de la unión irreversible de las dendrotoxinas DTX K (que son homólogas a APEKTx1), la acción de APEKTx1 es reversible. Esto posiblemente se deba a la sustitución de una lisina (Lys3 o Lys26) por una arginina neutra en APEKTx1. [1] Es probable que APEKTx1 contenga una díada: un par de residuos de aminoácidos compuestos por un residuo básico y un residuo hidrofóbico separados entre sí por 6,6 ± 1,0 Å que interactúan con los residuos aromáticos en el bucle P que participan en la afinidad de interacción canal-toxina. [1] [9] La díada de APEKTx1 está formada por Arg15 y Phe13, separados por 6,2 Å, lo que contribuye a la formación de una barrera física que se opone al eflujo de K + . [10] Presumiblemente, la cadena lateral de Arg15 ingresa al poro K v 1.1 e interactúa con los residuos Asp377, mientras que Phe13 interactúa con residuos hidrofóbicos, incluido Tyr375, que está involucrado críticamente en la afinidad de interacción con las toxinas de las anémonas de mar. [1] [11]

La interacción de APEKTx1 con los canales K v 1.1 sigue el comportamiento cinético de una reacción bimolecular, lo que significa que la velocidad de unión depende de la concentración de ambos reactantes (toxina y canal). [1]

Referencias

  1. ^ abcdefghijk Peigneur S, Billen B, Derua R, Waelkens E, Debaveye S, Béress L, Tytgat J (julio de 2011). "Un péptido de anémona de mar bifuncional con proteasa tipo Kunitz y propiedades inhibidoras del canal de potasio". Farmacología Bioquímica . 82 (1): 81–90. doi :10.1016/j.bcp.2011.03.023. PMID  21477583. S2CID  20886727.
  2. ^ Diochot S, Loret E, Bruhn T, Béress L, Lazdunski M (julio de 2003). "APETx1, una nueva toxina de la anémona de mar Anthopleura elegantissima, bloquea los canales de potasio de los genes humanos dependientes del voltaje relacionados con el éter-a-go-go". Farmacología molecular . 64 (1): 59–69. doi :10.1124/mol.64.1.59. PMID  12815161.
  3. ^ Bruhn T, Schaller C, Schulze C, Sanchez-Rodriguez J, Dannmeier C, Ravens U, et al. (mayo de 2001). "Aislamiento y caracterización de cinco polipéptidos neurotóxicos y cardiotóxicos de la anémona de mar Anthopleura elegantissima". Toxicon . 39 (5): 693–702. doi :10.1016/s0041-0101(00)00199-9. PMID  11072049.
  4. ^ Diochot S, Baron A, Rash LD, Deval E, Escoubas P, Scarzello S, et al. (abril de 2004). "Un nuevo péptido de anémona de mar, APETx2, inhibe ASIC3, un importante canal sensible al ácido en las neuronas sensoriales". The EMBO Journal . 23 (7): 1516–1525. doi :10.1038/sj.emboj.7600177. PMC 391081 . PMID  15044953. 
  5. ^ Schweitz H, Bruhn T, Guillemare E, Moinier D, Lancelin JM, Béress L, Lazdunski M (octubre de 1995). "Kalicludines and kaliseptine. Two different classes of sea anemone toxics for voltagesensitive K+ channels" (Calicludinas y kaliseptina. Dos clases diferentes de toxinas de anémona de mar para canales de K+ sensibles al voltaje). The Journal of Biological Chemistry (Revista de química biológica ). 270 (42): 25121–25126. doi : 10.1074/jbc.270.42.25121 . PMID:  7559645.
  6. ^ Honma T, Kawahata S, Ishida M, Nagai H, Nagashima Y, Shiomi K (abril de 2008). "Nuevas toxinas peptídicas de la anémona de mar Stichodactyla haddoni". Péptidos . 29 (4): 536–544. doi :10.1016/j.peptides.2007.12.010. PMID  18243416. S2CID  207356560.
  7. ^ ab Hurst RS, Busch AE, Kavanaugh MP, Osborne PB, North RA, Adelman JP (octubre de 1991). "Identificación de residuos de aminoácidos implicados en el bloqueo de los canales de potasio dependientes del voltaje de la rata por dendrotoxina". Farmacología molecular . 40 (4): 572–576. PMID  1921987.
  8. ^ Tytgat J, Debont T, Carmeliet E, Daenens P (octubre de 1995). "La huella de la alfa-dendrotoxina en un canal de potasio de mamíferos". The Journal of Biological Chemistry . 270 (42): 24776–24781. doi : 10.1074/jbc.270.42.24776 . PMID  7559595.
  9. ^ Dauplais M, Lecoq A, Song J, Cotton J, Jamin N, Gilquin B, et al. (febrero de 1997). "Sobre la evolución convergente de toxinas animales. Conservación de una díada de residuos funcionales en toxinas bloqueadoras de canales de potasio con estructuras no relacionadas". The Journal of Biological Chemistry . 272 ​​(7): 4302–4309. doi : 10.1074/jbc.272.7.4302 . PMID  9020148.
  10. ^ Mouhat S, De Waard M, Sabatier JM (febrero de 2005). "Contribución de la díada funcional de toxinas animales que actúan sobre canales de tipo Kv1 dependientes del voltaje". Journal of Peptide Science . 11 (2): 65–68. doi :10.1002/psc.630. PMID  15635666. S2CID  31444823.
  11. ^ Gilquin B, Braud S, Eriksson MA, Roux B, Bailey TD, Priest BT, et al. (julio de 2005). "Un residuo variable en el poro de los canales Kv1 es crítico para la alta afinidad de los bloqueadores de las anémonas de mar y los escorpiones". The Journal of Biological Chemistry . 280 (29): 27093–27102. doi : 10.1074/jbc.M413626200 . PMID  15890656.