Scorpion venom comprises a cocktail of toxins that have proven to be useful molecular tools for studying the pharmacological properties of membrane ion channels. HelaTx1, a short peptide neurotoxin isolated recently from the venom of the scorpion Heterometrus laoticus, is a 25 amino acid peptide with two disulfide bonds that shares low sequence homology with other scorpion toxins. HelaTx1 effectively decreases the amplitude of the K+ currents of voltage-gated Kv1.1 and Kv1.6 channels expressed in Xenopus oocytes, and was identified as the first toxin member of the κ-KTx5 subfamily, based on a sequence comparison and phylogenetic analysis. In the present study, we report the NMR solution structure of HelaTx1, and the major interaction points for its binding to voltage-gated Kv1.1 channels. The NMR results indicate that HelaTx1 adopts a helix-loop-helix fold linked by two disulfide bonds without any β-sheets, resembling the molecular folding of other cysteine-stabilized helix-loop-helix (Cs α/α) scorpion toxins such as κ-hefutoxin, HeTx, and OmTx, as well as conotoxin pl14a. A series of alanine-scanning analogs revealed a broad surface on the toxin molecule largely comprising positively-charged residues that is crucial for interaction with voltage-gated Kv1.1 channels. Interestingly, the functional dyad, a key molecular determinant for activity against voltage-gated potassium channels in other toxins, is not present in HelaTx1.
Seo, In-Ra;Choi, Mu-Rim;Park, Chul-Seung;Kim, Do Han
Molecules and Cells
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v.22
no.3
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pp.328-335
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2006
Imperatoxin A ($IpTx_a$), a 3.7 kDa peptide from the African scorpion Pandinus imperator, is an agonist of the skeletal muscle ryanodine receptor (RyR1). In order to study the structure of the toxin and its effect on RyR1, $IpTx_a$ cDNA was PCR-amplified using 3 pairs of primers, and the toxin was expressed in E. coli. The toxin was further purified by chromatography, and various point mutants in which basic amino acids were substituted by alanine were prepared by site-directed mutagenesis. Studies of single channel properties by the planar lipid bilayer method showed that the recombinant $IpTx_a$ was identical to the synthetic $IpTx_a$ with respect to high-performance liquid chromatography mobility, amino acid composition and specific effects on RyR1. Mutations of certain basic amino acids ($Lys^{19}$, $Arg^{23}$, and $Arg^{33}$) dramatically reduced the capacity of the peptide to activate RyRs. A subconductance state predominated when $Lys^8$ was substituted with alanine. These results suggest that some basic amino acid residues in $IpTx_a$ are important for activation of RyR1, and that $Lys^8$ plays an important role in regulating the gating mode of RyR1.
Kim, Joung-Mok;Park, Hye-Yeon;Choi, Kyoung-Jae;Jung, Hoe-Il;Han, Sung-Hwan;Lee, Jae-Seong;Park, Joon-Shik;Yoon, Moon-Young
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.11
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pp.1784-1790
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2006
Bacillus anthracis is a causative agent of anthrax. Anthrax toxins are composed of a protective antigen (PA), lethal factor (LF), and edema factor (EF), in which the PA is a central mediator for the delivery of the two enzymatic moieties LF and EF. Therefore, the PA has been an attractive target in the prevention and vaccinization for anthrax toxin. Recently, it has been reported that the molecule consisting of multiple copies of PA-binding peptide, covalently linked to a flexible polymer backbone, blocked intoxification of anthrax toxin in an animal model. In the present study, we have screened novel diverse peptides that bind to PA with a high affinity (picomolar range) from an M13 peptide display library and characterized the binding regions of the peptides. Our works provide a basis to develop novel potent inhibitors or diagnostic probes with a diverse polyvalence.
Lorello, Kim M.;Kreutzberger, Alex J.;King, Allison M.;Lee, Hee-Seung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.3
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pp.783-792
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2014
The binding interaction between a hemolytic peptide ${\delta}$-lysin and a zwitterionic lipid bilayer POPC was investigated through a series of molecular dynamics (MD) simulations. ${\delta}$-Lysin is a 26-residue, amphipathic, ${\alpha}$-helical peptide toxin secreted by Staphylococcus aureus. Unlike typical antimicrobial peptides, ${\delta}$-lysin has no net charge and it is often found in aggregated forms in solution even at low concentration. Our study showed that only the monomer, not dimer, inserts into the bilayer interior. The monomer is preferentially attracted toward the membrane with its hydrophilic side facing the bilayer surface. However, peptide insertion requires the opposite orientation where the hydrophobic side of peptide points toward the membrane interior. Such orientation allows the charged residues, Lys and Asp, to have stable salt bridges with the lipid head-group while the hydrophobic residues are buried deeper in the hydrophobic lipid interior. Our simulations suggest that breaking these salt bridges is the key step for the monomer to be fully inserted into the center of lipid bilayer and, possibly, to translocate across the membrane.
Several isolates of Bacillus thuringiensis (Bt) were screened for the vegetative insecticidal protein (Vip) effective against sap-sucking insect pests. Screening results were based on $LC_{50}$ values against cotton aphid (Aphis gossypii), one of the dangerous pests of various crop plants including cotton. Among the isolates, the Bt#BREF24 showed promising results, and upon purification the aphidicidal protein was recognized as a binary toxin. One of the components of this binary toxin was identified by peptide sequencing to be a homolog of Vip2A that has been reported previously in other Bacillus spp. Vip2 belongs to the binary toxin group Vip1-Vip2, and is responsible for the enzymatic activity; and Vip1 is the translocation and receptor binding protein. The two genes encoding the corresponding proteins of the binary toxin, designated as vip2Ae and vip1Ae, were cloned from the Bt#BREF24, sequenced, and heterologously expressed in Escherichia coli. Aphid feeding assay with the recombinant proteins confirmed that these proteins are indeed the two components of the binary toxins, and the presence of both partners is essential for the activity. Aphid specificity of the binary toxin was further verified by ligand blotting experiment, which identified an ~50 kDa receptor in the brush border membrane vesicles of the cotton aphids only, but not in the lepidopteran insects. Our finding holds a promise of its use in future as a candidate gene for developing transgenic crop plants tolerant against sap-sucking insect pests.
Using a phage peptide library approach, we have isolated a peptide ligand that binds to transferrin receptor on the surface of human melanoma cell, B16F10. The library was first screened twice by recovering internalized phages and was further screened three times by competitively eluting transferrin receptor-specific phages with human transferrin among the phages bound to the cell surface. The peptides displayed by the selected phages were fused to translocation and catalytic domain of Pseudomonas exotoxin to prepare recombinant toxins. After estimating cytotoxicity of each recombinant toxin toward B16F10 cell, seven clones were selected. Sequence analysis revealed that one of the clones displayed a peptide which had a significant sequence homology with human transferrin. The peptide was chemically synthesized and was shown to be functional in delivering cytotoxic agents into B16F10 cell via interaction with transferrin receptor.
Based on the reported cDNA sequences of $BmK{\alpha}Txs$, the genes encoding toxin $BmK{\alpha}Tx11$ and $BmK{\alpha}Tx15$ were amplified by PCR from the Chinese scorpion Buthus martensii Karsch genomic DNA employing synthetic oligonucleotides. Sequences analysis of nucleotide showed that an intron about 500 bp length interrupts signal peptide coding regions of $BmK{\alpha}Tx11$ and $BmK{\alpha}Tx15$. Using cDNA sequence of $BmK{\alpha}Tx11$ as probe, southern hybridization of BmK genome total DNA was performed. The result indicates that $BmK{\alpha}Tx11$ is multicopy genes or belongs to multiple gene family with high homology genes. The similarity of $BmK{\alpha}$-toxin gene sequences and southern hybridization revealed the evolution trace of $BmK{\alpha}$-toxins: $BmK{\alpha}$-toxin genes evolve from a common progenitor, and the genes diversity is associated with a process of locus duplication and gene divergence.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.28
no.2
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pp.171-178
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2012
Botulinum toxin type A (BoNT-A) has been applied successfully to treat chronic migraine, dystonia, spasticity and temporomandubular disorders(TMDs) as well as frontal wrinkle and glabella wrinkle. Recently it has been reported that BoNT-A, reversibly blocks presynaptic acetylcholine release, also inhibits the release of substance P, CGRP(calcitonin gene related peptide) and glutamate related to peripheral sensitization and neurogenic inflammation in sensory nerve, In this study we reviewed animal nerve injury model such as rat and rabbit and identify the analgesic effect and mechanism of nerve injury pain after dental treatment.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2002.06b
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pp.41-41
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2002
Tolaasin, a pore-forming 1.9 kDa peptide toxin released by Pseudomonas tolaasii, produces brown blotch disease on cultivated oyster mushrooms. To investigate the mechanism of tolaasin-induced cell disruption, we studied the effect of temperature on the hemolytic process. In the kinetic analyses, single exponential function was fitted to the data obtained from temperature-dependent velocity of hemolysis(1/t$\_$50/, implying that there is a major time-limiting factor on the temperature-dependent hemolysis.(omitted)
Hunseok Choi;Seonghyeon Son;Donghyun Lee;Jonghyun Bae;Eunyoung Seo;Dong Wook Kim;Eun Jin Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.6
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pp.736-744
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2023
The introduction of the toxT-139F allele triggers the expression of TCP (toxin co-regulated pilus) and CT (cholera toxin) under simple laboratory culture conditions in most Vibrio cholerae strains. Such V. cholerae strains, especially strains that have been used in OCVs (oral cholera vaccines), can induce antibody responses against TCP in animal models. However, CT produced in these V. cholerae strains is secreted into the culture medium. In this study, V. cholerae strains that can express intracellular CTB under the control of the toxT-139F allele have been constructed for potential application in OCVs. First, we constructed a recombinant plasmid directly linking the ctxAB promoter to ctxB without ctxA and confirmed CTB expression from the plasmid in V. cholerae containing the toxT-139F allele. We constructed another recombinant plasmid to express NtrCTB, from which 14 internal amino acids-from the 7th to the 20th amino acid-of the leader peptide of CTB have been omitted, and we found that NtrCTB remained in the cells. Based on those results, we constructed V. cholerae strains in which chromosomal ctxAB is replaced by ntrctxB or ntrctxB-dimer. Both NtrCTB and NtrCTB-dimer remained in the bacterial cells, and 60% of the NtrCTB-dimer in the bacterial cells was maintained in a soluble form. To develop improved OCVs, these strains could be tested to see whether they induce immune responses against CTB in animal models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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