题名六种作用于离子通道的蜈蚣毒素的分离纯化和功能研究
作者肖瑶
学位类别硕士
答辩日期2013-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师赖仞
关键词少棘蜈蚣 毒素 离子通道 杀虫活性
其他题名Purification and function analysis of six ion channel toxins from centipede venom
学位专业生物化学与分子生物学
中文摘要少棘蜈蚣(Scolopendra subspinipes mutilans)属于唇足纲(Chilopoda) , 蜈蚣目(Scolopendromorpha),蜈蚣科(Scolopendridae) ,蜈蚣属(Scolopendra),是我国主要的药用蜈蚣,分布于湖北、江苏、浙江等地,尽管少棘蜈蚣被用于治疗肿瘤等疾病已经有数千年之久,但是针对其毒液成分及作用机制的研究却极少。 本论文中,我们对少棘蜈蚣毒液的成分和活性进行了一系列的研究。 我们首先用交流电刺激的方法收集蜈蚣毒液。通过凝胶过滤层析、反向高压液相色谱两种纯化方法从蜈蚣的毒液中分离得到6个具有离子通道活性的蜈蚣毒素。分别命名为μ-SLPTX-Ssm1a,κ-SLPTX-Ssm1a, κ-SLPTX -Ssm2a和κ-SLPTX -Ssm3a,ω-SLPTX-Ssm1a和ω-SLPTX-Ssm2a。利用Edman降解法测定μ-SLPTX-Ssm1a的成熟肽序列为ADNKFENSLRREIACGQCRDKVKCDPYFYHCG,由32个氨基酸残基组成,MALDI-TOF鉴定其分子量为3762.5Da。κ-SLPTX-Ssm1a的成熟肽序列为TDDESSNKCAKTKRRENVCRVCGNRSGNDEYYSECCESDYRYHRCLDLLRN,由51个氨基酸残基组成,MALDI-TOF鉴定其分子量为6050.2Da。κ-SLPTX-Ssm2a成熟肽序列为AQNHYCKEHNCPPGKHCPKVPIVCVYGPCCF,由31个氨基酸残基组成,MALDI-TOF鉴定其分子量为3467.1Da。κ-SLPTX-Ssm3a成熟肽序列为EVIAIDGLEICSNDQLHVTIYSIFSPLFDKPKLNYYFNCSCPGSIYISDVYPKYFNDIAHIEYRCKLT,含有68个氨基酸残基,MALDI-TOF鉴定其分子量为989.07Da。ω-SLPTX-Ssm1a成熟肽序列为EECPSLSGGSSNYCSKKETFTSNGNLEQTRRYCNSVAAPSTACTDLKTGGKLCEYSCNTDGCNSVAGMEPTRAVYFIAILMLA,含有83个氨基酸残基,分子量为8818.8Da。ω-SLPTX-Ssm2a成熟肽序列为EESQHDTLENVEYRLSCIPKGGECERMADTCCPGLQCLGCNPFNKENLGKCKCQ,含有54个氨基酸残基,MALDI-TOF分析其分子量为6023.8Da。同时我们提取蜈蚣毒液腺RNA,构建了蜈蚣毒液腺cDNA文库,采用DNA末端快速扩增法(RACE)从中克隆得到了编码这6个蜈蚣毒素前体的cDNA序列。我们通过全细胞记录(whole-cell recording)模式的膜片钳技术,对这6个蜈蚣毒素进行了离子通道生物活性的研究,检验了这6个蜈蚣毒素对大鼠背根神经节(DRG)细胞电压门控钠离子通道,钾离子通道和钙离子通道电流的影响。其中μ-SLPTX-Ssm1a对河豚毒素敏感型(TTX-S)钠离子电流表现出较强的抑制效应,其半抑制浓度(IC50)为 9 + 2 nM(n=5),对河豚毒素不敏感性(TTX-R)钠电流没有明显作用。κ-SLPTX-Ssm1a和 κ-SLPTX -Ssm2a对大鼠DRG细胞钾离子电流有较强的抑制作用,其半抑制浓度(IC50)分别为44.2 + 5.7 nM (n=5),570 + 126 nM (n=5)。 κ-SLPTX -Ssm3a对钾电流的抑制作用稍弱。ω-SLPTX-Ssm1a能增加大鼠DRG细胞钙离子电流,ω-SLPTX-Ssm2a能够抑制大鼠DRG细胞钙离子电流,其半抑制浓度(IC50)为1590 + 279nM(n=5)。 我们对蜈蚣毒液分离纯化得到的6个蜈蚣毒素进行了杀虫活性的分析,其中除了ω-SLPTX-Ssm1a和ω-SLPTX-Ssm2a外,其余毒素对家蝇(幼虫和成虫)、黄粉虫和蟑螂均表现出较强的致死活性,其中蜈蚣粗毒的杀虫效果要强于纯化得到的蜈蚣毒素。综上所述,本项研究中从少棘蜈蚣中发现并分离得到了6种新型蜈蚣毒素,并对其进行了结构和功能的研究。它们有不同的化学结构,并作用多种类型的离子通道,它们展示出蜈蚣毒素在分子水平的生物多样性,并将有可能作为具有较强专一性的工具试剂应用于离子通道的研究和神经生物学研究。此外,蜈蚣毒素所表现出的高效杀虫活性,使其成为开发新型杀虫剂的候选资源库。
英文摘要
colopendra subspinipes mutilans is a kind of venomous animals belonging to Chilopoda. It is widely distributed in Hubei, Jiangsu, Zhejiang and has been used as traditional medicine for thousands of years. All of them can kill insects and some small vertebrate with their venoms.In this thesis, a series of experiments were carried out to study centipede venoms. Six novel netroutoxin-like peptides were purified from Scolopendra subspinipes mutilans venoms by a two-step purification protocol including one step of gel filtra-tion and one step of RP-HPLC. Edman degradation method was used for the determination of their amino acid sequence. The determined sequence of μ-SLPTX-Ssm1a,κ-SLPTX-Ssm1a, κ-SLPTX -Ssm2a and κ-SLPTX -Ssm3a,ω-SLPTX-Ssm1a and ω-SLPTX-Ssm2a were ADNKFENSLRREIACGQCRDKVKCDPYFYHCG,TDDESSNKCAKTKRRENVCRVCGNRSGNDEYYSECCESDYRYHRCLDLLRN,AQNHYCKEHNCPPGKHCPKVPIVCVYGPCCF,EVIAIDGLEICSNDQLHVTIYSIFSPLFDKPKLNYYFNCSCPGSIYISDVYPKYFNDIAHIEYRCKLT,EECPSLSGGSSNYCSKKETFTSNGNLEQTRRYCNSVAAPSTACTDLKTGGKLCEYSCNTDGCNSVAGMEPTRAVYFIAILMLA and EESQHDTLENVEYRLSCIPKGGECERMADTCCPGLQCLGCNPFNKENLGKCKCQ respectively. We observed the effects of these neurotoxin-like peptides on the volt-age-activated tetrodotoxin-sensitive (TTX-S) sodium current and delay-rectified po-tassium current of rat DRG cells. The result showed that μ-SLPTX-Ssm1a, 3762.5Da, could inhibit TTX-S fast sodium current and has limited effects on TTX-R sodium current. The inhibitions were dose-dependent. The IC50 value of it was approximately 9 + 2 nM(n=5). κ-SLPTX-Ssm1a, κ-SLPTX -Ssm2a and κ-SLPTX -Ssm3a are in-hibitors of KV channels,the IC50 values of κ-SLPTX-Ssm1a and κ-SLPTX -Ssm2a were 44.2 + 5.7 nM (n=5)and 570 + 126 nM (n=5) separately. ω-SLPTX-Ssm1a activates CaV channels and ω-SLPTX-Ssm2a inhibits CaV channels. ω-SLPTX-Ssm2a inhibits CaV channel currents in DRG neurons with an IC50 of about 1590 + 279nM(n=5). In summary:Six peptide toxins from Scolopendra subspinipes mutilans have beenisolated.The structural and functional investigation proved that they are novel toxins with new amino acid sequences and specific functions targeting different ion channel. They presented the biological diversity of centipede toxins and are of significances as tools for studying neurobiology especially for investigation of ion channels.
 
语种中文
内容类型学位论文
源URL[http://159.226.149.26:8080/handle/152453/10208]  
专题昆明动物研究所_动物毒素室
推荐引用方式
GB/T 7714
肖瑶. 六种作用于离子通道的蜈蚣毒素的分离纯化和功能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013.
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