Új peptid toxinokat azonosítottunk és karakterizáltunk: a Css20-at a Centruroides suffusus suffusus nevű skorpió mérgéből, valamint a Tst26-ot a Tityus stigmurus skorpió venomjából, amelyek nagy affinitással blokkolják a feszültség-kapuzott Kv1.2 és Kv1.3 csatornákat (Css20: Kd = 1.3 nM és 7.2 nM, Tst26: Kd = 1.9 nM és 10.7 nM). Míg hatástalannak bizonyultak számos más feszültség-kapuzott K+-csatornánál: mKv1.1, hKv1.4, hKv1.5, hBK, hERG valamint hKv2.1 Css20-nál; kálcium-aktivált kálium csatornára: hIKCa1; továbbá egy szívizombeli nátrium csatornára vonatkozóan: hNav1.5. Érdekes módon annak ellenére, hogy mindkét csatornához hasonló affinitással kötődnek ezek a toxinok, az asszociációs és a disszociációs sebességük sokkal lassabb a Kv1.2-höz, ami magában foglalja azt, hogy különböző kölcsönhatással kapcsolódnak a két különböző csatorna típushoz. A Tst26 esetében a vizsgált feszültségfüggő egyensúlyi paramétereket a toxin nem változtatta meg egyik csatornánál sem, de gyors asszociációs és disszociációs kinetikája miatt lassította a Kv1.3 csatorna inaktivációját. A Css20 38 aminosavból, a Tst26 pedig 37 aminosavból áll, melyeket 3 diszulfid híd stabilizál; hasonlóak a többi, skorpió mérgekből kinyert K+-csatornát blokkoló peptidekhez. Mindkettő tartalmazza az ún. „eszenciális diád”-ot – amely a K+-csatorna felismerésénél fontos jelentőségű –, ami a Css20 esetében a 28-as pozíciójú lizin (K28) és egy aromás aminosav (itt tirozin) 9 pozícióval lejjebb (Y37), míg a Tst26-nál a K27 és a Y36. Az elsődleges struktúrájuk alapján, a szisztematikus nómenklatúrában a Css20-at az α-KTx2.13-nak, míg a Tst26-ot az α-KTx4.6-nak nevezhetjük. A különböző toxinok szekvenciáinak vizsgálataira, mutánsaik analízisére és toxinok dokkolási modelljeire alapozva a toxinok szelektivitása növelhető mutációkkal valamely csatornára vonatkozóan. Például, megszüntetve a Css20-nak a Kv1.2-specifikus kölcsönhatásait (Q11 és K33 aminosavak és az E355 a különböző csatorna-alegységeken), az növelheti a Kv1.3 szelektivitást. Ezzel a megközelítéssel és módszerrel olyan ioncsatorna-blokkolókat kaphatunk, amelyekkel a megfelelő sejtek és fiziológiás/patofiziológiás funkciók befolyásolhatóak, módosíthatóak. Azonban további kutatás szükséges ennek igazolására, melynek irányvonalait a dolgozatban vázoltuk.

We identified and characterized new peptide toxins: the Css20 from the venom of the scorpion Centruroides suffusus suffusus and the Tst26 from the venom of the scorpion Tityus stigmurus. These toxins were shown to block preferentially the currents of the voltage-dependent K+ channels Kv1.2 and Kv1.3 with high affinity (Css20: Kd = 1.3 nM and 7.2 nM, Tst26: Kd = 1.9 nM and 10.7 nM, respectively). These toxins did not affect several other voltage-dependent (mKv1.1, hKv1.4, hKv1.5, hBKCa, hERG together with rKv2.1 for Css20) and calcium-activated (hIKCa1) potassium channels as well as cardiac sodium channel (hNav1.5). The striking differences in the rates of toxin association and dissociation to Kv1.2 and Kv1.3 indicate dissimilar modes of interaction with these channels in spite of the similar affinities. In the case of Tst26 the voltage dependence of steady-state activation and inactivation of Kv1.2 and Kv1.3 channels was unaffected by Tst26. But because of fast association and dissociation kinetics Tst26 decreased the inactivation of Kv1.3 channel. Css20 is composed of 38 and Tst26 is composed 37 amino acid residues and tightly folded through three disulfide bridges, similar to other K+ channel blocking peptides purified from scorpion venoms. Both contain the “essential dyad” for K+ channel recognition comprised of a lysine at position 28 (K28) and an aromatic residue (here tyrosine) at position 37 (Y37) for Css20. These residues are K27 and Y36 for Tst26. Based on the primary structures, the systematic nomenclatures proposed for these peptides are α-KTx2.13 for Css20 and α-KTx4.6 for Tst26. The observations from sequence comparisons, mutant cycle analyses and models of toxin docking can enable us to improve toxin selectivity for either of the channels. For instance, disrupting Kv1.2-specific interactions of Css20 (Q11 and K33 with E355 in different subunits), could increase Kv1.3 selectivity. Such an approach, successful for other scorpion toxins, would allow targeting appropriate cells and physiological/pathophysiological functions. Further studies are required to explore this scenario, which can be guided by the analysis presented in this study.