狼蛛毒素用“分子刺”对猎物发起攻击 其中蕴含控制慢性疼痛的答案

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高分辨率低温电子显微镜研究显示,这种分子刺会迅速锁定钠离子通道上的电传感器,钠离子通道是细胞膜上的微小孔隙,产生电流并产生信号以操作神经和肌肉。如被困在其静止位置,电压传感器无法激活。这种毒素的作用必须是即时的,因为狼蛛必须固定住它的猎物。

该研究结果发表在《分子细胞》上,这是细胞出版社的一份期刊。

虽然有些人可能会认为这些狼蛛是丑陋的、强硬的和卑鄙的,但医学家们实际上对它们的毒液能够困住电压门控钠通道上的电传感器的静止状态并关闭它们的能力感兴趣。对这些 "大块头、讨厌的家伙 "的毒素的这种研究可以为结构化设计药物指出新的方法,这些药物可能通过阻断感觉神经信号来治疗慢性疼痛。

慢性疼痛是一种难以治疗的疾病。寻求缓解的努力有时会成为阿片类药物过量、成瘾、长期戒断、甚至死亡的途径。开发更安全、更有效、无成瘾性的疼痛治疗药物是医学界一项重要需求。

然而,由于很难捕捉到狼蛛毒素-离子通道化学复合物的功能形式,在小分子中重建该毒素的阻断方法至今仍未得到分子生物学家和药理学家的青睐,他们在寻求更好的疼痛药物设计的新思路。

研究人员通过设计一个嵌合模型钠通道克服了这个障碍。像神话中的半人马一样,嵌合体是由两个或更多物种的部分组成。研究人员从一种对疼痛传递至关重要的人类钠通道的特定类型中提取了毒素结合区域,并将其导入他们来自一种来自特别设计钠通道模型。然后他们能够获得一个清晰的分子视图,了解来自狼蛛毒液的强效毒素的配置,因为它会与钠通道上的受体部位紧密结合。这一成就揭示了这种毒素对钠通道静止状态的电压传感器捕获的结构基础。

值得注意的是,这种毒素将一个'刺'赖氨酸残基插入电压传感器的负电荷群中,将其锁定并阻止其发挥作用。来自广泛的蜘蛛和其他节肢动物物种的相关毒素使用这种分子机制来固定和杀死它们的猎物。

这一发现的医学研究重要性在于它在疼痛信息从外周神经系统向脊髓和大脑的传输中起着至关重要的作用,因此是疼痛治疗的一个主要目标。这种强效狼蛛毒素在静止状态下捕获Nav1.7的电压传感器的结构,为未来基于结构的下一代疼痛疗法的药物设计提供了一个分子模板,这些药物将阻止Nav1.7钠通道的功能。

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