CN114805497B - 一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B及其应用 - Google Patents

一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV‑B，其氨基酸序列为GHCCGDEYRKWCGKRVCRNKARCC，该多肽NaV‑B经结构预测显示主链和二硫键形成了复合卷曲的结构，且保留了核心封闭分子LYS10、ARG18和ARG22，可以靶向钠离子通道蛋白Nav1.4，形成稳定的蛋白复合体，从而为未来开发成治疗人类相关疾病的Nav通道靶向药物提供了基础；与天然提取靶向药物相比，具有更高的产率、产量和经济性，故具有非常好的应用前景。

Description

一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B及其应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B及其应用。
背景技术
电压门控钠离子通道(Voltage-gated sodium channel；Nav)广泛存在于人体中，是一种重要的跨膜结构蛋白，通过产生动作电位从而调节神经递质的分泌、血管收缩和骨骼肌兴奋性等多种生理过程。目前发现多种人类疾病同Nav通道突变有关，包括癫痫、心律不齐、肌肉麻痹、强直性肌痉挛症、疼痛综合征和自闭症等。其中，电压门控钠离子通道1.4(NaV1.4)由SCN4A基因编码，特异的在骨骼肌中表达。NaV1.4可以控制神经-肌肉接头的端板电位产生和T-tubules膜的去极化扩散，从而启动和调节骨骼肌的收缩。目前至少有五种遗传性病变同NaV1.4突变有关，包括高钾周期性瘫痪、低钾周期性麻痹、副肌酸结子、钾加重肌无力和先天性肌无力综合征，因此也是治疗药物的热点靶标之一。
多肽因其具有较高的靶向性和安全性，已经成为一种药物分子开发的主流方向。目前，通过分子模拟和对接来预测多肽同靶蛋白之间的结合模式和亲合力，已经成为计算机辅助药物研究领域的一项重要技术。
因此，急需研究和开发可以特异地靶向钠离子通道蛋白Nav1.4，为未来开发成治疗人类相关疾病的新药提供了基础。
发明内容
本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，而提供一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B，该多肽是由主链和二硫键形成的复合卷曲结构，能够稳定地靶向钠离子通道蛋白Nav1.4。
本发明的目的之二在于针对现有技术的不足，而提供一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B在制备治疗离子通道相关疾病的药物中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B，所述多肽NaV-B的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
上述技术方案中，所述多肽NaV-B的三维结构是由主链和二硫键形成的复合卷曲结构，并且保留了核心封闭分子LYS10、ARG18和ARG22。
上述技术方案中，所述多肽NaV-B可通过LYS10、ARG18和ARG22三个氨基酸位点分别靶向离子通道蛋白Nav1.4的四个结构域：ASP406、GLU409；LYS1244、GLU1248；GLU761、GLU764；ASP1539、ASN1548。
本发明还提供上述一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B在制备治疗离子通道相关疾病的药物中的应用。
上述技术方案中，所述疾病包括高钾周期性瘫痪、低钾周期性麻痹、副肌酸结子、钾加重肌无力和先天性肌无力综合征，以及由于皮下肌肉记忆性紧绷引起的面部及身体皱纹。
本发明的有益效果：
本发明开发了一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B，其氨基酸序列为GHCCGDEYRKWCGKRVCRNKARCC，该多肽NaV-B保留了核心封闭分子LYS10、ARG18和ARG22。通过对多肽三维结构的预测结构显示，NaV-B是由主链和二硫键形成了复合卷曲的结构，可以靶向钠离子通道蛋白Nav1.4，形成稳定的蛋白复合体。本发明的多肽NaV-B能够稳定地靶向钠离子通道蛋白Nav1.4，且为人工合成设计开发，与天然提取靶向药物相比，具有更高的产率、产量和经济性，从而为未来开发成治疗人类相关疾病的Nav通道靶向药物提供了基础，具有非常好的应用前景。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本实施例的多肽NaV-B的三维结构示意图。
图2为本实施例的多肽NaV-B与钠离子通道蛋白Nav1.4的分子对接示意图。
图3为本实施例的多肽NaV-B与Nav1.4蛋白复合物对接位点的示意图。
图4为本实施例的动力学模拟平均整个蛋白RMSD值变化的示意图。
图5为本实施例的动力学模拟各氨基酸残基RMSD值变化的示意图。
具体实施方式
结合以下实施例及附图对本发明作进一步描述。
1、多肽NaV-B的设计：
根据已经报道的NaV1.4的阻断分子，进行优化组合排列，用Vector NTI10.3软件对其氨基酸序列进行比对，找出氨基酸序列的同源序列，并用Bioedit软件显示和编辑比较结果，获得多肽NaV-B的氨基酸序列。
2、多肽NaV-B的三维结构预测：
运用MODELLER软件对多肽NaV-B的三维结构进行预测：
(1)首先准备好NaV-B.ali序列文件和pdb_95.pir文件；
(2)运行prf.buid()命令寻找与目的基因相近的pdb模板，NaV-Bout.prf存放输出结果，前6行记录了MODELLER构建这个文件的相关参数，后续行对应profile.build()检测到的相似处，选择相似度高和E值比较低的模板；
(3)在pdb模板数据库中下载上述候选模板的pdb文件，运行命令for()in()筛选最佳模板；
(4)在MODELLER窗口中运行automodel()命令获取蛋白预测结果；
(5)选择DOPE score最低且GA341 score最高的结果为最佳模型；
(6)使用pymol软件打开预测结果，获得多肽NaV-B的三维结构图像，如图1所示，其中LYS10为第十位的赖氨酸，ARG18为第十八位的精氨酸，ARG22为第22位的精氨酸，-NH2为保护基团。
3、多肽NaV-B与钠离子通道蛋白Nav1.4的分子对接分析：
运用基于快速傅里叶变换的刚性蛋白对接程序的ZDOCK进行多肽-蛋白对接分析：
(1)准备好Nav1.4和多肽NaV-B的pdb文件；
(2)启动Discovery Studio 4.0，在同一个3D窗口中打开受体和配体蛋白；
(3)打开ZDOCK设置对话框，设置旋转角度(angular step size＝15)、ZRank＝False、对接构象分簇的参数设置(Top poses＝2000、RMSD Cutoff＝6.0、InterfaceCutoff＝9.0和Maximum Number of Clusters＝60)，设置并行计算为Ture；
(4)运行ZDOCK并查看结果，筛选打分最高的模型；
(5)使用pymol软件打开对接模型，对活性口袋以及对接位点进行分析。
多肽结构、Nav1.4蛋白晶体结构以及Nav1.4-多肽复合物的对接模型结构如图2所示，其中箭头表示出的位点为活性口袋的分子对接位点。
多肽NaV-B与Nav1.4蛋白的复合物(NaV1.4-多肽NaV-B)对接位点如图3所示，氨基酸用三字母缩写表示，数字表示对应的氨基酸位置：LYS(赖氨酸)，ARG(精氨酸)、ASP(天冬氨酸)、ASN(天冬酰胺)；两个视角展示NaV1.4-多肽NaV-B复合物的对接方式，D1表示Nav1.4结构域1，D2表示Nav1.4结构域2，D3表示Nav1.4结构域3，D4表示Nav1.4结构域4。
4、Nav1.4-多肽NaV-B复合物的动力学模拟分析：
运用NAMD和VMD对Nav1.4蛋白晶体和多肽NaV-B-Nav1.4蛋白复合体的动力学过程进行模拟：
(1)在VMD控制面板中调取Tk console，cd进入目的文件夹，mol newfilename.pdb，用automatic PSF builder进行psf文件创建，调用top_all27_prot_lipid_na.inp脚本，加载脚本信息，生成链，完成psf文件的创建；
(2)生成了filename.pdb和filename.psf文件，重命名为original.pdb和original.psf，添加solvationbox，boundary设置为1.5；
(3)运用已经写好的minimization.namd进行能量最小化，其中脚本中的boundarydata运用findbox.tcl获取，另外准备脚本par_all36_lipid_prot_carb.prm，从cmd命令窗口输入namd2+p4 minimize.namd>dummy.out获得能量最小化；
(4)准备好nvt.namd脚本，从能量最小化的文件中进行动力学模拟过程，从cmd命令窗口输入namd2+p8 nvt.namd>dummy.out；
(5)对输出结果进行分析，确定动力学模拟过程中的升温结果及动力势能等信息，运用RMSDplot度蛋白的RSMD值进行分析绘图，结果见图4和5。
图4中的两条曲线分别表示出Nav1.4蛋白晶体以及Nav1.4-多肽NaV-B复合物的RMSD值变化，从中体现出蛋白骨架在动力学模拟时长中的活跃度。
图5中的上图为Nav1.4蛋白晶体中各氨基酸残基的RMSD值，下图为Nav1.4-多肽NaV-B复合物的氨基酸残基RMSD值，横坐标标注了氨基酸残基的位置，RMSD值用标尺所示的颜色表示。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
序列表
<110> 李威
<120> 一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B及其应用
<160> 1
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 24
<212> PRT
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
Gly His Cys Cys Gly Asp Glu Tyr Arg Lys Trp Cys Gly Lys Arg Val
1 5 10 15
Cys Arg Asn Lys Ala Arg Cys Cys
20

Claims (1)

1. 一种靶向钠离子通道蛋白Nav1.4的新型多肽NaV-B，其特征在于：所述多肽NaV-B的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
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US20180068053A1 (en) * 2016-08-05 2018-03-08 The Governors Of The University Of Alberta Systems and methods of selecting compounds with reduced risk of cardiotoxicity using cardiac sodium ion channel models
CA3062486A1 (en) * 2017-02-21 2019-11-26 Wuhan University Nav1.9 target polypeptide, antibody and antibody fragment combined with same, and related pharmaceutical composition

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