特异性抑制免疫系统中重要钾离子通道Kv1.3的蝎毒素筛选、结构测定和功能分析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    31670776
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    张隆华
  • 依托单位：
    中国科学技术大学
  • 学科分类：
    C0505.蛋白质、多肽与酶生物化学
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Voltage-dependent potassium channels are critical for maintaining membrane potentials in both excitatory and non-excitatory cells. In immune cell, Kv1.3 channels participate in lymphocytes activation through modulation of calcium signaling. Since Kv1.3 channel blockage on the membrane controlled the effector memory T (TEM)-cells in autoimmune diseases, toxins targeting Kv1.3 channels with high affinity and high selectivity are important for suppressing the TEM cell-mediated autoimmune disease. We are planning to search for high selective Kv1.3-blocking toxins from scorpion venom. Combined methods including molecular biology, patch-clamp, solution NMR and fluorescence are used to explore the structure of the toxins, the interaction surface and the mechanism of toxin blocking Kv1.3 channels. The clarity of this mechanism may lead to better understand of different affinity of toxins on to different Kv1.x channel family member, as well as better design of high affinity and high selectivity Kv1.3 blockers for treatment of autoimmune diseases.
钾离子通道在可兴奋和非兴奋性细胞中均承担着调控细胞膜电位的重任。在免疫细胞中，Kv1.3通道通过调控膜电位及下游钙信号参与淋巴细胞激活，阻断Kv1.3通道会影响效应记忆T细胞(TEM)活动，是自身免疫性疾病重要的药物作用靶点。因此，获取Kv1.3通道高亲和性、高特异性的抑制剂，对研究药物与Kv1.3相互作用的分子机制及研制自身免疫性疾病的低副作用药物是关键。本项目从热带雨林蝎子的毒液多肽中筛选针对钾离子通道特别是Kv1.3通道的特异性抑制剂，并综合应用分子生物学、膜片钳、核磁共振、荧光等手段研究毒素多肽的三维结构、抑制Kv1.3通道的作用界面及作用的分子机制。本项目的执行，将能够更好地理解毒素多肽的不同结构对Kv1.x家族各成员亲和性高低的影响，并为进一步开发和改造应用于自身免疫性疾病治疗的Kv1.3高特异性毒素多肽提供坚实的研究基础。

结项摘要

天然有毒动物毒腺能够分泌多种活性物质，其中的多肽类物质由于具有一定三维结构，在结合靶蛋白时具有亲和性好、特异性高的特点，是靶蛋白相关疾病药物开发的先导分子。在免疫细胞中，Kv1.3钾离子通道通过调控膜电位及下游钙信号参与淋巴细胞激活，阻断Kv1.3通道会影响效应记忆T细胞(TEM)活动，是自身免疫性疾病重要的药物作用靶点。因此，获取Kv1.3通道高亲和性、高特异性的抑制剂，对研究药物与Kv1.3相互作用的分子机制及研制自身免疫性疾病的低副作用药物是关键。本项目从热带雨林蝎子及其他有毒动物的毒液多肽中筛选针对钾离子通道特别是Kv1.3通道的特异性抑制剂，获得了4条对Kv1.3通道起效的活性肽序列。应用分子生物学、核磁共振、荧光和单颗粒冷冻电镜等手段，我们获得了活性多肽、Kv1.3/Kvβ2离子通道蛋白以及复合物的三维结构，活性多肽的三维结构为经典的α-KTx结构，Kv1.3离子通道结构为经典的四重对称结构。在此基础上进一步揭示了活性多肽结合Kv1.3的相互作用界面以及抑制Kv1.3通道的可能的分子机制，Kv1.3孔道区域的G427与H451位点在相互作用中起关键作用，并提示活性多肽结合可能与通道C型失活相关。同时，通过对活性多肽二硫键的改造，延长了多肽在血浆中的半衰期，为进一步开发和改造应用于自身免疫性疾病治疗的Kv1.3高特异性毒素多肽提供研究基础。在活性多肽筛选过程还发现了一系列针对其他疾病或药物靶点的功能性多肽，包括新型促修复活性多肽，抗痛风肽类药物先导分子，在缺血性中风中起神经保护作用的多肽分子等，对这些活性多肽分子的研究为进一步了解天然有毒动物活性多肽的作用提供了更多特异性序列和功能信息。

项目成果

期刊论文数量（21）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（18）
A novel peptide from the skin of amphibian Rana limnocharis with potency to promote skin wound repair
一种来自两栖动物林蛙皮肤的新型肽，具有促进皮肤伤口修复的功效。
  • DOI：
    10.1080/14786419.2019.1710702
  • 发表时间：
    2020-01-18
  • 期刊：
    NATURAL PRODUCT RESEARCH
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Wang, Siyuan;Feng, Chengan;Wang, Ying
  • 通讯作者：
    Wang, Ying
Cathelicidin-OA1, a novel antioxidant peptide identified from an amphibian, accelerates skin wound healing.
Cathelicidin-OA1 是一种从两栖动物中鉴定出的新型抗氧化肽，可加速皮肤伤口愈合
  • DOI：
    10.1038/s41598-018-19486-9
  • 发表时间：
    2018-01-17
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Cao X;Wang Y;Wu C;Li X;Fu Z;Yang M;Bian W;Wang S;Song Y;Tang J;Yang X
  • 通讯作者：
    Yang X
Identification and characterization of a novel gene-encoded antioxidant peptide obtained from amphibian skin secretions.
从两栖动物皮肤分泌物中获得的新型基因编码抗氧化肽的鉴定和表征。
  • DOI：
    10.1080/14786419.2018.1499635
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Natural Product Research
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Wang Ying;Cao Xiaoqing;Fu Zhe;Wang Siyuan;Li Xiaojie;Liu Naixin;Feng Zhuo;Yang Meifeng;Tang Jing;Yang Xinwang
  • 通讯作者：
    Yang Xinwang
Centipede venom peptide SsmTX-I with two intramolecular disulfide bonds shows analgesic activities in animal models
具有两个分子内二硫键的蜈蚣毒肽SsmTX-I在动物模型中显示出镇痛活性
  • DOI：
    10.1002/psc.2988
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Journal of Peptide Science
  • 影响因子：
    2.1
  • 作者：
    Wang Ying;Li Xiaojie;Yang Meifeng;Wu Chunyun;Zou Zhirong;Tang Jing;Yang Xinwang
  • 通讯作者：
    Yang Xinwang
离子通道受其辅助亚基及外源性毒素调控的作用机制
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    中国科学:生命科学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    郭晓奇;文明;田长麟;张隆华
  • 通讯作者：
    张隆华

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    2014
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  • 作者：
    张效初;杨立状;张隆华
  • 通讯作者：
    张隆华

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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