ゼブラフィッシュの神経保護と心筋保護を示すクニダリアンのトランスクリプトームからの新規ShK-like Toxic Peptide

A Novel ShK-Like Toxic Peptide from the Transcriptome of the Cnidarian Displays Neuroprotection and Cardioprotection in Zebrafish.

• Qiwen Liao
• Guiyi Gong
• Shirley Weng In Siu
• Clarence Tsun Ting Wong
• Huidong Yu
• Yu Chung Tse
• Gandhi Rádis-Baptista
• Simon Ming-Yuen Lee

抄録

刺胞体は、クラゲ、ヒドラ、イソギンチャクなどの刺胞体とともに、獲物を捕獲し、捕食者を抑止するために様々な毒素を放出する刺胞体という特殊な構造を組織内に持っている。本研究では、刺胞細胞の全トランスクリプトームをディープシークエンスし、毒素に関連する多様なペプチド配列を同定し、その一部を機能解析のために検索しました。本研究では、ShKドメインを含むペプチド前駆体（PcShK3）を、構造系統解析、モデル予測、ペプチド-受容体相互作用のダイナミクスシミュレーションなどの計算機処理により解析した。その結果、PcShK3は、ShK毒素ファミリーに属するペプチド群と相同性のある特異的なペプチドであることが明らかになった。生体内では、PcShK3はビテリン膜を介して分布し、ゼブラフィッシュ幼虫の卵黄嚢ストライプに蓄積された。特に、IC以下の濃度（<43.53±6.45μM）ではゼブラフィッシュにおいて有意な心臓保護効果を示したが、IC以上の高濃度では血中に蓄積して心嚢水腫を引き起こし、ゼブラフィッシュ幼虫には心毒性を示した。さらに、PcShK3は6-OHDAによるゼブラフィッシュの運動行動に対する神経毒性を抑制した。以上の結果から、PcShK3はShK毒素ファミリーの新規メンバーであり、有効濃度に応じて神経・心臓保護効果を誘導したり、心臓毒性を引き起こす本質的な能力を持っていることが示唆された。

(class Anthozoa) is a zoantharian which, together with other cnidarians, like jellyfishes, hydra, and sea anemones, possesses specialized structures in its tissues, the cnidocytes, which deliver an array of toxins in order to capture prey and deter predators. The whole transcriptome of was deep sequenced, and a diversity of toxin-related peptide sequences were identified, and some retrieved for functional analysis. In this work, a peptide precursor containing a ShK domain, named PcShK3, was analyzed by means of computational processing, comprising structural phylogenetic analysis, model prediction, and dynamics simulation of peptide-receptor interaction. The combined data indicated that PcShK3 is a distinct peptide which is homologous to a cluster of peptides belonging to the ShK toxin family. In vivo, PcShK3 distributed across the vitelline membrane and accumulated in the yolk sac stripe of zebrafish larvae. Notably, it displayed a significant cardio-protective effect in zebrafish in concentrations inferior to the IC (<43.53 ± 6.45 &micro;M), while in high concentrations (>IC), it accumulated in the blood and caused pericardial edema, being cardiotoxic to zebrafish larvae. Remarkably, PcShK3 suppressed the 6-OHDA-induced neurotoxicity on the locomotive behavior of zebrafish. The present results indicated that PcShK3 is a novel member of ShK toxin family, and has the intrinsic ability to induce neuro- and cardio-protective effects or cause cardiac toxicity, according to its effective concentration.