一种设计型河鲀毒素工程化钠通道对：用于亚型选择性抑制的通用工具

《Cell Chemical Biology》：A designer saxitoxin-engineered sodium channel pair as a general tool for subtype-selective inhibition

　　

意义

神经元兴奋性依赖于电压门控钠通道（Na_V）的紧密调控表达和特定的亚细胞定位，这些大的膜蛋白复合物负责启动和传播动作电位。通道功能障碍是多种人类病理的基础（例如癫痫、疼痛、心律失常和肌肉骨骼疾病），这些临床发现引发了人们对 Na_V 作为药物靶点的极大兴趣，并激励了研究以更好地理解通道生理学。为了研究健康与疾病中的 Na_V 功能，需要能够迅速且可逆地操纵单个 Na_V 亚型的药理学工具，以及区分两种或多种细胞类型中存在的相同 Na_V 亚型的方法（例如神经元与胶质细胞中的 Na_V1.6）。即使拥有强效、亚型选择性的 Na_V 配体，后者目前也不可能实现。因此，我们利用化学设计和蛋白质工程来解决这些挑战，通过开发一项通用技术来探究 Na_V1.1、1.2、1.3、1.4、1.6 或 1.7 的生理学。双胍胺毒素河豚毒素（STX）的合成衍生物与两个特定的外孔形成氨基酸突变配对，从而实现工程化通道相对于所有野生型亚型约 100:1 的选择性。这种设计配体对突变通道具有纳摩尔级的效力，并在几秒内阻断钠离子传导；洗脱过程迅速且完全，以恢复通道功能。一种遗传编码的 Na_V 亚型的独特药理学抑制剂的出现，将开启 Na_V 生理学的新研究，并鉴于 Na_V 在电发生中的作用，提供对动作电位信号的精确控制。

亮点

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一种设计河豚毒素靶向突变 Na_V，相对于野生型通道具有约 100:1 的选择性

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突变通道中的离子传导阻断发生迅速（秒级）且可逆

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在有效配体浓度下，原生神经元和中枢神经系统组织中的动作电位不受影响

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适用于多种 Na_V 亚型（Na_V1.1–1.4, 1.6, 1.7）中任意一种的研究

摘要

我们利用小分子化学设计和蛋白质工程构建了一种正交配体 - 通道对，能够实现对遗传编码电压门控钠通道（Na_V）的急性且选择性抑制。一种基于神经毒素河豚毒素（STX）的修饰配体，强效且可逆地结合到在通道外口（1 号位点）带有两个独特氨基酸突变的 Na_V 上。相同的配体在阻断野生型 Na_V 方面无效，且在工作浓度下不会干扰神经元细胞或脑组织中的动作电位信号。该工具的通用性源于高度保守的外孔，因为相同的两个氨基酸替换可以引入 Na_V1.1–1.4、1.6 或 1.7 中，从而使每个通道敏感于设计 STX 配体的抑制。这项技术将赋能 Na_V-亚型生理学研究，以更好地理解 Na_V 在健康和疾病中的作用。

图形摘要