A new protein glosaxin consisting of non-catalytic domains of type piii metalloproteinase from the venom of pit viper Gloydius saxatilis inhibits nicotinic acetylcholine receptor

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Previously, we found that the venom of the pit viper Gloydius saxatilis inhibited the muscle-type nicotinic acetylcholine receptor (nAChR). Using liquid chromatography, a protein glosaxin was isolated from the venom that inhibited the binding of the α-bungarotoxin to the nAChR of muscle type from Torpedo californica. The amino acid sequence of the isolated protein was analyzed by high resolution mass spectrometry. Subsequent bioinformatic analysis showed that it is homologous to the amino acid sequences of disintegrin-like proteins, consisting of non-catalytic domains of type PIII metalloproteinases from the venom of pit vipers of genus Gloydius. A study of the biological activity of the isolated protein showed that it inhibits the binding of α-bungarotoxin to Torpedo californica nAChR with IC50 = 51 μM. The protein also inhibited acetylcholine-induced functional responses of the human neuronal nAChR of α3β2 subtype. This is the first evidence of the ability of proteins consisting of non-catalytic domains of snake venom type PIII metalloproteinase to inhibit the nAChR.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. V. Osipov

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

E. V. Kryukova

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

L. O. Ojomoko

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

I. V. Shelukhina

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

R. H. Ziganshin

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

V. G. Starkov

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

T. V. Andreeva

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

V. I. Tsetlin

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

Yu. N. Utkin

Shemyakin–Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry RAS

Author for correspondence.
Email: utkin@ibch.ru
Russian Federation, ul. Miklukho-Maklaya 16/10, Moscow, 117997

References

  1. Osipov A., Utkin Y. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 2919. https://doi.org/10.3390/ijms24032919
  2. Tasoulis T., Pukala T.L., Isbister G.K. // Front. Pharmacol. 2022. V. 12. P. 768015. https://doi.org/10.3389/fphar.2021.768015
  3. Hempel B.F., Damm M., Mrinalini, Göçmen B., Karış M., Nalbantsoy A., Kini R.M., Süssmuth R.D. // J. Proteome Res. 2020. V. 19. P. 1731–1749. https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.9b00869
  4. Olaoba O.T., Karina Dos Santos P., Selistre-deAraujo H.S., Ferreira de Souza D.H. // Toxicon X. 2020. V. 7. P. 100052. https://doi.org/10.1016/j.toxcx.2020.100052
  5. Vasconcelos A.A., Estrada J.C., David V., Wermelinger L.S., Almeida F.C.L., Zingali R.B. // Front. Mol. Biosci. 2021. V. 8. P. 783301. https://doi.org/10.3389/fmolb.2021.783301
  6. Liu J.W., Du X.Y., Liu P., Chen X., Xu J.M., Wu X.F., Zhou Y.C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. V. 278. P. 112–118. https://doi.org/10.1006/bbrc.2000.3724
  7. Limam I., Bazaa A., Srairi-Abid N., Taboubi S., Jebali J., Zouari-Kessentini R., Kallech-Ziri O., Mejdoub H., Hammami A., El Ayeb M., Luis J., Marrakchi N. // Matrix Biol. 2010. V. 29. P. 117–126. https://doi.org/10.1016/j.matbio.2009.09.009
  8. Souza D.H., Iemma M.R., Ferreira L.L., Faria J.P., Oliva M.L., Zingali R.B, Niewiarowski S., Selistre-deAraujo H.S. // Arch. Biochem. Biophys. 2000. V. 384. P. 341–350. https://doi.org/10.1006/abbi.2000.2120
  9. Monteiro D.A., Kalinin A.L., Selistre-de-Araujo H.S., Vasconcelos E.S., Rantin F.T. // Toxicon. 2016. V. 110. P. 1–11. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2015.11.012
  10. Monteiro D.A., Kalinin A.L., Selistre-de-Araújo H.S., Nogueira L.A.N., Beletti M.E., Fernandes M.N., Rantin F.T. // Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 2019. V. 215. P. 67–75. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2018.10.003
  11. Kryukova E.V., Ivanov D.A., Kopylova N.V., Starkov V.G., Andreeva T.V., Ivanov I.A., Tsetlin V.I., Utkin Yu.N. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2023. V. 49. P. 529–537. https://doi.org/10.1134/S1068162023030159
  12. Gloydius intermedius (STRAUCH, 1868) // The Reptile Database, 2024. https://reptile-database.reptarium.cz/species?genus=Gloydius&species=intermedius&search_param=%28%28taxon%3D%27Crotalinae%27%29%29)
  13. Levine R.L., Moskovitz J., Stadtman E.R. // IUBMB Life. 2000. V. 50. P. 301–307. https://doi.org/10.1080/713803735
  14. Wang Y.M., Parmelee J., Guo Y.W., Tsai I.H. // Toxicon. 2010. V. 56. P. 93–100. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2010.03.015
  15. Starkov V.G., Polyak Ya.L., Vulfius E.A., Kryukova E.V., Tsetlin V.I., Utkin Yu.N. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2009. V. 35. P. 10–18.] https://doi.org/10.1134/S1068162009010026
  16. Osipov A.V., Cheremnykh E.G., Ziganshin R.H., Starkov V.G., Nguyen T.T.T., Nguyen K.C., Le D.T., Hoang A.N., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. // Biomedicines. 2023. V. 11. P. 1115. https://doi.org/10.3390/biomedicines11041115
  17. Liu J.W., Du X.Y., Liu P., Chen X., Xu J.M., Wu X.F., Zhou Y.C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. V. 278. P. 112–118. https://doi.org/10.1006/bbrc.2000.3724
  18. Hong S.Y., Koh Y.S., Chung K.H, Kim D.S. // Thromb. Res. 2002. V. 105. P. 79–86. https://doi.org/10.1016/s0049-3848(01)00416-9
  19. Brust A., Sunagar K., Undheim E.A., Vetter I., Yang D.C., Casewell N.R., Jackson T.N., Koludarov I., Alewood P.F., Hodgson W.C., Lewis R.J., King G.F., Antunes A., Hendrikx I., Fry B.G. // Mol. Cell. Proteomics. 2013. V. 12. P. 651–663. https://doi.org/10.1074/mcp.M112.023135
  20. Ryabinin V.V., Ziganshin R.H., Starkov V.G., Tsetlin V.I., Utkin Y.N. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2019. V. 45. P. 107–121. https://doi.org/10.1134/S1068162019020109
  21. Rappsilber J., Mann M., Ishihama Y. // Nat. Protoc. 2007. V. 2. P. 1896–1906. https://doi.org/10.1038/nprot.2007.261
  22. Geyer P.E., Kulak N.A., Pichler G., Holdt L.M., Teupser D., Mann M. // Cell Syst. 2016. V. 2. P. 185–195. https://doi.org/10.1016/j.cels.2016.02.015
  23. Ma B., Zhang K., Hendrie C., Liang C., Li M., DohertyKirby A., Lajoie G. // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2003. V. 17. P. 2337–2342. https://doi.org/10.1002/rcm.1196
  24. Lebedev D.S., Kryukova E.V., Ivanov I.A., Egorova N.S., Timofeev N.D., Spirova E.N., Tufanova E.Y., Siniavin A.E., Kudryavtsev D.S., Kasheverov I.E., Zouridakis M., Katsarava R., Zavradashvili N., Iagorshvili I., Tzartos S.J., Tsetlin V.I. // Mol. Pharmacol. 2019. V. 96. P. 664–673. https://doi.org/10.1124/mol.119.117713

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Separation of G. saxatilis venom by gel filtration on a Superdex 75 column (10 × 300 mm) equilibrated with 0.1 M ammonium acetate (pH 6.2) at a flow rate of 1 ml/min. Horizontal lines indicate the collected fractions.

Download (59KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Separation of fraction I (see Fig. 1) by anion exchange chromatography on a Mono Q column (4.6 × 100 mm) using a concentration gradient of sodium chloride 0.05–0.55 M over 100 min in 20 mM ethanolamine-HCl buffer (pH 9.5) at a flow rate of 0.5 ml/min. Horizontal lines show the collected fractions.

Download (60KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Fragment of the high-resolution mass spectrum of the protein from fraction 5 (Fig. 2). The signals corresponding to the ions [M + 13H]+13, z = 13 are shown.

Download (114KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Amino acid sequence of the halysetin protein (UniProtKB: VM3H_GLOHA) and the corresponding peptides found in the hydrolysate of the protein we isolated (shown as blue lines).

Download (109KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparison of amino acid sequences of non-catalytic domains of metalloproteinases from some species of copperhead snakes (genus Gloydius). VM3H_GLOHA is halysetin from the venom of Agkistrodon (Gloydius) halys, A0A0C4ZNF1_GLOIT is a fragment of PIII metalloproteinase from Gloydius intermedius, VM2SA_GLOSA is a fragment of PII metalloproteinase from Gloydius saxatilis, VM2_GLOHA is the disintegrin saxatilin from Gloydius saxatilis. The lines above the sequences indicate the peptides of halysetin detected by mass spectrometry in the hydrolysate of our protein. The residues of the active sites are underlined, identical residues are highlighted in gray.

Download (105KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Inhibition of binding of radioactive α-Bgt to T. californica nAChR (squares) and the α7-subtype (circle) by glosaxin. For T. californica nAChR, IC50 = 50.9 ± 1.83 μM. M is the molar concentration of the protein.

Download (52KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Inhibition of acetylcholine-induced currents in α3β2-type nAChR by glossaxin. The response of X. laevis oocytes to 50 μM acetylcholine without addition of protein (100%) and after 1 min of incubation with different protein concentrations (n ​​= 3) was recorded. * p < 0.05 (Student's t-test).

Download (56KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».