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Science子刊:中科院昆明动物所赖仞研究组等解析蝎子捕食和防御分子策略

摘要 : 2017年8月1日,国际顶尖学术期刊《Science》旗下《Science Advances》杂志上在线发表了中国科学院昆明动物研究所赖仞团队与加州大学戴维斯分校郑劼研究组合作的一篇研究论文

2017年8月1日,国际顶尖学术期刊《Science》旗下《Science Advances》杂志上在线发表了中国科学院昆明动物研究所赖仞团队与加州大学戴维斯分校郑劼研究组合作的一篇研究论文,研究成果题为A bimodal activation mechanism underlies scorpion toxin–induced pain。杨仕隆、浙江大学教授杨帆、南方医科大学硕士研究生张贝为文章共同第一作者,郑劼和赖仞为文章共同通讯作者。

揭示了毒液弱酸性环境拥有重要的生物学功能和蝎子捕食和防御分子策略,为临床上对蝎子蜇伤的认识和治疗提供了重要的理论基础,并为镇痛药物的研发提供了靶点。  产毒动物利用其毒液来武装自己并高效完成捕食、防御、种间竞争等生物学行为。其中,蝎子蜇伤产生难以忍受的剧烈疼痛给人类带来巨大痛苦。由于造成这种剧烈疼痛的分子机制尚未被揭示,妨碍了临床上对蝎子蜇伤的认识和治疗。

为揭示蝎子捕食和防御分子策略,近日,昆明动物所研究员赖仞、副研究员杨仕隆与加州大学戴维斯分校教授郑劼领导的研究团队开展合作研究,揭示了蝎子蜇伤产生剧烈疼痛这一现象背后的分子机制。蝎毒中存在一种由29个氨基酸组成的名为BmP01的神经毒素多肽,BmP01能够激活辣椒素受体TRPV1,并如同品尝红辣椒一般产生快速并且剧烈的痛觉反应。有趣的是,与辣椒素不同,BmP01激活TRPV1受体还依赖蝎毒中存在的氢离子。与大多数产毒动物毒液一样,蝎毒是一种pH6.5左右的弱酸性物质,这种弱酸性存在生物学价值吗?研究发现,在蝎毒的弱酸环境下,BmP01激活TRPV1的效率比在中性环境下要强两到三个数量级,从而诱导剧烈疼痛。反之,如果蝎毒不具有这种弱酸性环境,则无法高效激活TRPV1并产生疼痛。因此,在蝎子蜇伤产生剧烈疼痛的过程中,存在着这种以氢离子为材料的极为低廉但却十分高效的“分子组合拳”机制。

原文链接:

A bimodal activation mechanism underlies scorpion toxin–induced pain

原文摘要:

Venomous animals use peptide toxins for hunting and self-defense. To achieve these goals, toxins need to bind to their targets with high affinity due to the small amount that a single bite or sting can deliver. The scorpion toxin BmP01 is linked to sting-induced excruciating pain; however, the reported minimum concentrations for activating TRPV1 channel or inhibiting voltage-gated potassium (Kv) channels (both in the micromolar range) appear too high to be biologically relevant. We show that the effective concentration of BmP01 is highly pH-dependent—it increases by about 10-fold in inhibiting Kv channels upon a 1-U dro in pH but decreases more than 100-fold in activating TRPV1. Mechanistic investigation revealed that BmP01 binds to one of the two proton-binding sites on TRPV1 and, together with a proton, uses a one-two punch approach to strongly activate the nociceptive channel. Because most animal venoms are acidic, proton-facilitated synergistic action may represent a general strategy for maximizing toxin potency.

来源: Science Advances 浏览次数:0

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