人类与毒液胰岛素G1预测C肽结构的比较：毒液胰岛素中一个推测的γ-谷氨酰羧化酶识别基序

《Toxicon》：Comparison of predicted C-peptide structures of human and venom insulin G1: A putative γ-glutamyl carboxylase recognition motif in venom insulin

　　

摘要

人胰岛素的连接肽（C肽）已被认为参与天然二硫键的形成以及多样的生物功能；然而，其结构意义及其在毒液胰岛素中潜在的功能作用仍知之甚少。本研究采用计算方法比较了人胰岛素（hum-ins）和Conus geographus毒液胰岛素G1（Vcon-ins G1）中C肽的结构意义。两个物种的胰岛素原长度相同（86个残基）；然而，成熟的_Vcon-ins G1短七个残基，而其C肽相应地长七个残基。_VCon-ins G1还表现出独特的特征，包括翻译后修饰，如γ-羧基谷氨酸（Gla）、4-反式羟基脯氨酸和C末端酰胺化，以及单体溶液状态和对人胰岛素受体的快速激活作用。利用AlphaFold 3预测的胰岛素原结构，本研究探讨了疏水性特征、二硫键构象和氧化折叠途径。观察到相反的聚集倾向：在hum-ins中，C肽的聚集倾向低于成熟链，而在_Vcon-ins G1中则相反。二硫键构象也明显不同：hum-ins表现出相对受限的二硫键构象，而_Vcon-ins G1则表现出更加弥散和受应变的二硫键，C肽对两个系统均有影响。预测的二硫键形成顺序在hum-ins和_Vcon-ins G1之间存在显著差异，表明C肽影响了不同的氧化折叠途径。推测的γ-谷氨酰羧化酶识别基序以及有无二硫键时谷氨酸残基的差异可及性提示，_Vcon-ins G1的C肽可能作为γ-谷氨酰羧化酶的潜在识别位点。胰岛素原和C肽序列的比较系统发育分析揭示了C肽的区域特异性多样化，这可能反映了有利于被γ-谷氨酰羧化酶等修饰酶识别的特征的进化。这些发现表明，_Vcon-ins G1的C肽具有独特的结构和进化作用，可能参与其氧化折叠、翻译后修饰和功能特化。

章节摘录

引言

胰岛素是一种异源二聚体多肽激素，由两条链间和一条链内半胱氨酸二硫键稳定。(Blundell et al., 1971) 1921年由Frederick Banting和Charles Best发现，作为治疗糖尿病的救命疗法。("Nutrition classics. The Journal of Laboratory and Clinical Medicine, Vol. VII, 1922: The internal secretion of the pancreas. By F. G. Banting, and C. H. Best."，1987) 人胰岛素的生物合成从前体开始

胰岛素多肽命名法

胰岛素多肽的命名描述如下——Hum-ins：人胰岛素；_VCon-ins G1：C. geographus的毒液胰岛素G1；_C-Vcon-ins G1：C. geographus的毒液胰岛素G1的晶体结构。_VCon-ins T1：C. tulipa的毒液胰岛素T1；Pro-hum-ins：人胰岛素原；Pro-_Vcon-ins G1：C. geographus的胰岛素G1胰岛素原；Pro-_Vcon-ins T1：C. tulipa的胰岛素T1胰岛素原；[Cys→Ala]pro-_Vcon-ins G1：C. geographus的毒液胰岛素G1，其中半胱氨酸

使用AlphaFold 3预测胰岛素原、C肽和成熟胰岛素的三维结构

图2a显示了hum-ins和_Vcon-ins G1的C肽的计算三维结构。模型（1-4）的C肽三维结构分别如图S1（hum-ins）和图S2（_Vcon-ins-G1）所示。两种胰岛素的C肽均具有伸展的多肽链和局部螺旋结构。在五个模型中均可观察到相似特征，除了螺旋片段的取向发生变化。与hum-ins相比，_Vcon-ins G1的螺旋基序相对较长

讨论

毒液胰岛素G1代表一类独特的胰岛素多肽，其特征是最小长度（44个残基）、溶液中的单体状态以及对人胰岛素受体的活性。(Robinson and Safavi-Hemami, 2016; Safavi-Hemami et al., 2015) 与人胰岛素相比，其B链截短了七个残基，并引入了独特的翻译后修饰，包括C末端酰胺化、4-反式羟基脯氨酸和γ-羧基谷氨酸。(Ahorukomeye et al.,

CRediT作者贡献声明

Konkallu Hanumae Gowd：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿撰写，可视化，监督，资源，项目管理，方法论，调查研究，获取资助，形式化分析，数据管理，概念化。Anilkumar Pasupulati：监督，项目管理，获取资助，数据管理，概念化。Radhakrishna Krishnappa：监督，方法论，调查研究，形式化分析。Soubhagyalaxmi Sahoo：可视化，软件，方法论。

未引用参考文献

Nutrition classics. The Journal of Laboratory and Clinical Medicine et al., 1922.

声明：伦理声明

本文作者声明不存在利益冲突。

本研究按照伦理规范进行，当前工作未涉及动物实验。

资金

本研究由ANRF/PAIR/2025/000012/EPAIR研究资助和ANRF/ARG/2025/007329/LS研究资助资助，来源于印度政府。K.H.G.感谢ANRF-加速创新与合作研究伙伴关系（ANRF-PAIR）研究资助（ANRF/PAIR/2025/000012/EPAIR）和ANRF-高级研究资助（ANRF-ARG）研究资助（ANRF/ARG/2025/007329/LS）的资金支持。

利益冲突声明

本文作者不存在任何利益冲突。

致谢：

作者感谢P. Balaram教授对芋螺毒液多肽研究工作的持续支持及指导。作者感谢Dr. Prithesh Bhat, Schordinger Ltd., India提供的技术支持。作者感谢Dr. Rajesh Sonti, NIPER-Hyderabad和Dr. Ashutosh Kumar, NIPER-Mohali对芋螺胰岛素多肽研究的支持。作者感谢Prof. N Sathyanarayana, Department of Botany, Central university of的支持

Kashibai Patil|Deekshitha Chandregowda|Shweta Dhannura|Soubhagyalaxmi Sahoo|Radhakrishna Krishnappa|Prasanna D. Revanasiddappa|Anil Kumar Pasupulati|Konkallu Hanumae Gowd

印度卡纳塔克邦卡拉布尔吉-585367 卡纳塔克中央大学化学科学院化学系