A Kv1.3 csatorna kulcsszerepet játszik az autoimmun megbetegedéseket kiváltó effektor memória T-sejtek (TEM) aktivációs mechanizmusában. A csatornán átfolyó K+ áram gátlásával a TEM sejtek aktivációja gátolható. Számos in vitro és in vivo tanulmányban kimutatták, hogy a specifikus Kv1.3 csatorna gátló szerek alkalmasak lehetnek az autoimmun betegségek kezelésére.
Munkánk során skorpió mérgekből izolált, 30-40 aminosavból álló, diszulfid hidakkal stabilizált toxinokat vizsgáltunk, melyek nagy affinitású gátlószerei a különböző K+ csatornáknak. Célul tűztük ki újonnan izolált peptidek farmakológiai karakterizálását, a korábban izolált margatoxin ioncsatorna gátló hatásának eddiginél részletesebb tanulmányozását, az anuroctoxin laboratóriumi előállítását illetve annak mutációi réven előnyösebb farmakológiai tulajdonságokkal rendelkező peptidek szintézisét. A toxinok ioncsatornákra kifejtett hatását elektrofiziológia mérésekkel, patch-clamp technikával mértük. Kollaborációs partnereink segítségével két új skorpiótoxint írtunk le. Az OcyKTx2 (α-KTx 6.17) a Kv1.3 és Shaker ioncsatornák alacsony szelektivitású gátlószere, míg az urotoxin (α-KTx 6.21) a Kv1.2 csatorna nagy affinitású és szelektív gátlószere. A margatoxin a szakirodalomban a Kv1.3 csatorna nagy affinitású és szelektív gátlószereként van számon tartva. Ezzel szemben méréseink azt mutatják, hogy a margatoxin a Kv1.3 csatorna mellet hasonlóan nagy affinitással, pM koncentrációban gátolja a Kv1.2 csatornát, illetve kisebb affinitással, nM koncentrációban a Kv1.1 csatornát is. A munkacsoportunk által korábban karakterizált anuroctoxint rekombináns technikával és kémiai szintézissel is sikeresen előállítottuk. Az anuroctoxin Kv1.3 mellett a Kv1.2 csatornát is gátolja, mely farmakológiailag nem kedvező az autoimmun betegségek terápiás felhasználása során. Irányított mutációk révén sikerült az anuroctoxinnak olyan változatát létrehozni, mely kellően nagy affinitással és szelektíven gátolja a Kv1.3 csatornát. Kv1.3 csatorna peptid toxin gátlószereinek vizsgálatával olyan aminosav pozíciókat tudtunk azonosítani, melyek befolyásolják a toxinok Kv1.3 csatorna iránti szelektivitását és affinitását. Eredményeink közelebb visznek a toxinok, és azok receptor molekulái között végbemenő bonyolult interakciók megértéséhez, mely elengedhetetlen feltétele az újabb, lehetőleg még nagyobb affinitású, szelektív Kv1.3 gátlószerek tervezésének és előállításának, és a toxin molekulák autoimmun betegségek terápiájában történő alkalmazásának.

The Kv1.3 channel plays a key role in the activation process of effector memory T-cells (TEM), which are the main causatives of various autoimmune diseases. Inhibition of the K+ current through the channel can block the activation of TEM cells. The potential of Kv1.3 inhibitors in the treatment of autoimmune diseases has been shown in several in vitro and in vivo experiments. We investigated toxins of 30-40 amino acids stabilized by disulfide bonds isolated from scorpion venoms, which are high affinity inhibitors of different K+ channels. The aims of our research were to isolate and characterize new scorpion toxins, to perform a detailed screening of the selectivity of the previously isolated and characterized margatoxin, to synthesize the scorpion toxin, anuroctoxin and to improve its pharmacological properties with directed mutations. The effect of toxins on the ion channels was measured with electrophysiological measurements using the patch-clamp technique. With the help of our collaboration partners we could isolate two novel scorpion toxins, OcyKTx2 (α-KTx 6.17), which is a non-selective inhibitor of Shaker and Kv1.3 channels and urotoxin (α-KTx 6.21), which is a high affinity and selective inhibitor of Kv1.2. Margatoxin is considered a high affinity and selective inhibitor of Kv1.3. Our results show that margatoxin blocks the Kv1.3 and Kv1.2 channel with similarly high affinity (pM concentration) and the Kv1.1 channel with lower affinity (nM concentration). With recombinant technique and solid phase chemical synthesis we could successfully synthesize the previously characterized anuroctoxin. This peptide naturally inhibits both Kv1.2 and Kv1.3 channels which is not advantageous for the therapeutic application in autoimmune diseases. With site directed mutations we could design and synthesize a variant of anuroctoxin, which is a high affinity and selective inhibitor of the Kv1.3 channel. As the result of our work with scorpion toxins, which inhibit Kv1.3 we could identify amino acid residues that influence the affinity and selectivity of toxins for Kv1.3. Our results provide us valuable data to understand the interactions between toxins and ion channels, which is crucial for the design and synthesis of future peptides highly selective for Kv1.3 in the therapy of autoimmune diseases.