TRPV1細孔ターレットは、異なるDkTxとカプサイシンのゲーティングを決定する

TRPV1 pore turret dictates distinct DkTx and capsaicin gating.

• Matan Geron
• Rakesh Kumar
• Wenchang Zhou
• José D Faraldo-Gómez
• Valeria Vásquez
• Avi Priel

抄録

多くの神経毒は、多量陽イオンチャネルTRPV1などの侵害受容体を標的にして痛みを与える。タランチュラのダブルノットトキシン（DkTx）は、非定型の二価構造を持つペプチドであり、TRPV1をその開放状態に固定し、不可逆的なチャネル活性化を引き起こすユニークな能力を持っています。ここでは、DkTxによって誘発されたTRPV1活性化の特異的なゲーティング機構について述べる。興味深いことに、DkTxはカプサイシンに比べてTRPV1の巨視的な電流が著しく小さく、ユニタリーコンダクタンスが著しく低い。その結果、カプサイシンはTRPV1トランスジェニックでは回避行動を引き起こすが、DkTxは生理的な濃度ではそのような反応を引き起こさないことがわかった。この現象の原因となっている構造的特徴を明らかにするために、我々は一連の変異した毒素とTRPV1チャネルを操作して評価した。その結果、2つの結び目をつなぐDkTxリンカーを伸長させると、ネイティブ毒素によって誘発される電流と比較して、チャネルのコンダクタンスが増加することがわかった。重要なことは、TRPV1の細孔タレット（チャネルの外側細孔領域から突出したアミノ酸の伸長）を欠失させることで、DkTxに応答して完全なコンダクタンスと回避行動の両方が生じることである。興味深いことに、この欠失はカプサイシン誘発チャネルの活性化を減少させる。構造モデル解析と合わせて、我々の結果は、TRPV1の毛穴タレットが、おそらく立体障害を介して、DkTxが媒介する毛穴の開口を制限し、電流の大きさを制限し、誘発された下流の生理学的反応を緩和することを示している。以上のことから、DkTxとカプサイシンが異なるTRPV1のゲーティング機構とそれに続く疼痛反応を誘発することが明らかになった。また、TRPV1の細孔ターレットがチャネルのゲーティングと浸透のメカニズムを制御していることも明らかにした。

Many neurotoxins inflict pain by targeting receptors expressed on nociceptors, such as the polymodal cationic channel TRPV1. The tarantula double-knot toxin (DkTx) is a peptide with an atypical bivalent structure, providing it with the unique capability to lock TRPV1 in its open state and evoke an irreversible channel activation. Here, we describe a distinct gating mechanism of DkTx-evoked TRPV1 activation. Interestingly, DkTx evokes significantly smaller TRPV1 macroscopic currents than capsaicin, with a significantly lower unitary conductance. Accordingly, while capsaicin evokes aversive behaviors in TRPV1-transgenic , DkTx fails to evoke such response at physiological concentrations. To determine the structural feature(s) responsible for this phenomenon, we engineered and evaluated a series of mutated toxins and TRPV1 channels. We found that elongating the DkTx linker, which connects its two knots, increases channel conductance compared with currents elicited by the native toxin. Importantly, deletion of the TRPV1 pore turret, a stretch of amino acids protruding out of the channel's outer pore region, is sufficient to produce both full conductance and aversive behaviors in response to DkTx. Interestingly, this deletion decreases the capsaicin-evoked channel activation. Taken together with structure modeling analysis, our results demonstrate that the TRPV1 pore turret restricts DkTx-mediated pore opening, probably through steric hindrance, limiting the current size and mitigating the evoked downstream physiological response. Overall, our findings reveal that DkTx and capsaicin elicit distinct TRPV1 gating mechanisms and subsequent pain responses. Our results also indicate that the TRPV1 pore turret regulates the mechanisms of channel gating and permeation.