2019-07-04 05:48:01
高速AFM阐明蝎毒素抑制K+通道的机制

来自蝎毒的Agitoxin-2(AgTx2)是K +通道的有效阻断剂。研究人员现在使用高速原子力显微镜观察了AgTx2与KcsA通道的结合动力学。单分子动力学分析显示,通道对AgTx2的亲和力在持久性结合期间增加,在持续解离期间降低。研究人员提出了一个具有相关速率常数的四态模型。诱导适合途径占优势并加速结合400倍。

细胞膜含有离子通道,其调节细胞内部和外部之间各种离子的渗透。离子通道是蛋白质,并且响应于不同的刺激,它们允许特定离子渗透。以这种方式,细胞调节电信号,其形成肌肉和神经系统功能的基础。由于离子通道的故障引起许多疾病,例如心肌梗塞和癫痫,因此理解阻碍离子通道功能的分子的作用机制是重要的。

已经发现蝎子毒液含有200多种与K +通道结合的化合物。其中,AgTx2是由38个氨基酸残基组成的肽。先前的研究表明,通过与细胞膜外部的K +通道结合,AgTx2阻断K +通道孔并抑制K +渗透。然而,详细的分子机制仍然未知,例如,结合动力学是否可以通过两态关联和解离模型来解释。

包括金泽大学科学家在内的研究团队利用高速原子力显微镜(HS-AFM)观察了AgTx2与K +通道KcsA的结合和解离,并对动力学进行了详细分析。 KcsA是一种四聚体,其亚基形成环状结构。当AgTx2与四聚体表面结合时,通道的中心部分,即K +的通道,由于AgTx2结合而出现溶胀。 AgTx2与K +通道的结合和解离可以重复进行,并且通道中心周围的高度也相应地改变。

当溶液中的AgTx2浓度高时,结合概率也很高。结合和解离的时间过程揭示,当AgTx2与KcsA结合时,KcsA的构象发生变化,这使得AgTx2更容易结合,即使AgTx2解离,另一个AgTx2分子也可以很快地与KcsA结合;这被称为诱导拟合机制。另一方面,观察到当AgTx2解离后经过足够的时间时,KcsA的构象变回原始状态,AgTx2不易结合。

这些结果表明结合动力学不能用简单的两态模型解释,即结合和解离。似乎KcsA的关联和解离状态都可以区分为至少两个子状态;因此考虑了四状态关联模型。当计算四态模型的反应速率时,获得的速率反映了通过实验获得的速率。用这种四态模型和相关反应速率模拟结合动力学,显示AgTx2结合主要通过诱导拟合途径。此外,发现诱导拟合加速AgTx2结合400倍。因此,已经阐明了AgTx2有效抑制KcsA功能的机制。

用于分析K +通道和肽抑制剂结合的HS-AFM观察技术和方法可以应用于多种生物分子。它们可用于分析与其受体结合的配体以及DNA与DNA结合蛋白的结合。预计该研究将加速阐明各种生物分子的结合动力学。

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