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.
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.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.8
no.1
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pp.89-93
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2004
Expression of a fusion protein between B. thuringiensis crystal protein, Cry1Ac1 and a scorpion insect toxin (AaIT, Androctonus australis Hector insect toxin) in acrystalliferous B. thuringiensis strain (Cry-B strain) was examined. The cry 1Ac1 gene was cloned in B. thuringiensis-E coli shuttle vector, pHT3101, under the control of the native cry 1Ac1 gene promoter (pProAc) and a gene encoding AaIT was inserted in XhoI site in the middle of the cry 1Ac1 gene (pProAc-ScoR). B. thuringiensis Cry-B strain carrying pProAc-ScoR (PyoAc-ScoR/CB) produced an inclusion body of irregular shape and the expressed fusion protein is approximately 65 kDa in size. Sporulated cells and spore-crystal mixtures of ProAc-ScoR/CB had insecticidal activity against Plutella xylostella larvae, showing $LT_50$ of ProAc-ScoR/CB (22.59 hrs) lower than that of ProAc/CB (30.06 hrs) at $1{\times}{10^7} {CEU/cm^2}$. These results suggest that the fusion protein including a B. thuringiensis crystal protein and an AaIT may be functionally expressed in B. thupingiensis. Moreover, we verified the additive toxicity of AaIT, which is a new feasible candidate for insect control.
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.
The existence of glycine residues in long-chain scorpion toxins has been well documented. However, their role as analgesics has not been evaluated. To address this issue, we investigated the functional role of glycines in the C-terminal end of Chinese-scorpion toxin from Buthus martensii Karsch (BmK AGP-SYPU2) using site-directed mutagenesis and analgesic activity assays. Recombinant BmK AGP-SYPU2 and its mutants were efficiently expressed in E. coli and purified to homogeneity using immobilized metal ion affinity chromatography (IMAC) and cation exchange chromatography. The mouse-twisting test was used to detect the analgesic activity of BmK AGP-SYPU2 and its mutants. As a result, we identified glycines at the C-terminal end that, when altered, significantly affected analgesic activity. Also, Mut6566 was significantly decreased compared to BmK AGP-SYPU2. These data indicate that the glycines at the C-terminal end are important for the analgesic activity of BmK AGP-SYPU2.
In this study, we have examined pyrethroid actions on sodium channels in the pest insect Heliothis virescens. The synthetic pyrethroid permethrin increased steady-state sodium current in H. virescens central neurons and prolonged tail currents (INa-tail) due to extreme slowing of sodium channel deactivation. Prolongation of INa-tail was evident at permethrin concentrations as low as 60 nM, which modified ~1.7% of sodium channels and 10 μM permethrin modified about 30% of channels. The average time constant (τ1) of tail current decay was ~335 ms for permethrin-modified channels. These modified channels activated at more negative potentials and showed slower activation kinetics, and failed to inactivate. Permethrin modification of sodium channels was dramatically potentiated by the α scorpion toxin LqhαIT, showing positive cooperativity between two binding sites. The amplitude of the tail current induced by 0.3 μM permethrin was enhanced ~8-fold by LqhαIT (200 pM). Positive cooperativity was also observed between permethrin and the insect-specific scorpion toxin AaIT as 10 nM permethrin potentiated the shift of voltage dependence caused by AaIT (~2-fold).
Nikkhah, Maryam;Naderi-Manesh, Hossein;Taghdir, Majid;Talebzadeh, Mehdi;Sadeghi-Zadeh, Majid;Schaller, Janatan;Sarbolouki, Mohamad N.
BMB Reports
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v.39
no.3
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pp.284-291
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2006
In this study, the cDNA of a new peptide from the venom of the scorpion, Buthotus saulcyi, was cloned and sequenced. It codes for a 64 residues peptide (Bsaul1) which shares high sequence similarity with depressant insect toxins of scorpions. The differences between them mainly appear in the loop1 which connects the $\beta$-strand1 to the $\alpha$-helix and seems to be functionally important in long chain scorpion neurotoxins. This loop is three amino acids longer in Bsaul1 compared to other depressant toxins. A comparative amino acid sequence analysis done on Bsaul1 and some of $\alpha$-, $\beta$-, excitatory and depressant toxins of scorpions showed that Bsaul1 contains all the residues which are highly conserved among long chain scorpion neurotoxins. Structural model of Bsaul1 was generated using Ts1 (a $\beta$-toxin that competes with the depressant insect toxins for binding to $Na^+$ channels) as template. According to the molecular model of Bsaul1, the folding of the polypeptide chain is being composed of an anti-parallel three-stranded $\beta$-sheet and a stretch of $\alpha$-helix, tightly bound by a set of four disulfide bridges. A striking similarity in the spatial arrangement of some critical residues was shown by superposition of the backbone conformation of Bsaul1 and Ts1.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.4
no.1
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pp.43-49
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2002
We have cloned cDNAs encoding toxin from the spider, Araneus ventricosus, and constructed a recombinant baculovirus expressing the insecticidal toxin. The cDNAs encoding toxin were cloned from the cDNA library of A. ventricosus. Sequence analysis of the cDNAs encoding the toxin of A. ventricosus revealed that the 240 bp cDNA for AvTox-1 and 192 bp cDNA for AvTox-2 have an open reading frame of 80 and 64 amino acid residues, respectively. The deduced protein sequence of the toxin genes of AvTox-1 and AvTox-2 was aligned to that of the snack Anemonia sulcata and scorpion Centruroides limpidus limpidus, respectively. Northern blot analysis indicated that AvTox-2 toxin gene showed a fat body-spe-cific expression pattern at the transcriptional level. Furthermore, we have explored the possibility of improving baculovirus by incorporating the A. vontricosus toxin gene into Bombyx mori nuclear polyhedrosis virus genome under the control of polyhedrin promoter, The AvTox-2 toxin gene was expressed as approximately 5.8 kDa band in the recombinant baculovirus-injected silkworm larvae. Bioassays with the recombinant virus expressing AvTox-2 on 5th instar silkworm larvae demonstrated a decrease in the time to kill $(LT_{50} days)$ compared to wild-type BmNPV-Kl $(LT_{50} 6.72 days)$ in the injection of 10 viruses. These results indicate that A. ventricosus toxin is a novel member of the spider toxin family, suggesting that the toxin gene can be used in recombinant baculoviruses to reduce insect feeding damage and increase the speed of insect kill.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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1999.06a
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pp.55-55
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1999
Imperatoxin A (IpTx$_{a}$), a 3.7 kDa peptide from the African scorpion Pandinus imperator, has been known as an agonist of skeletal ryanodine receptor (RyR). In order to study the structure and function of the toxins on RyR, the IpTx$_{a}$ cDNA was PCR-amplified using 3 pairs of primers and the toxin was expressed in E. coli expression system.(omitted)ted)
Lu, Wenwei;Zhang, Weiqiong;Bai, Yan;Fu, Yingying;Chen, Jun;Geng, Xiaolu;Wang, Yujing;Xiao, Ming
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.2
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pp.281-286
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2010
A Pseudomonas fluorescens strain was isolated and found to show antagonistic activity against phytopathogenic fungi and to possess a gene responsible for production of antibiotic 2,4-diacetylphloroglucinol. For the extension of biocontrol range, a gene for an Androetonus australis Hector insect toxin 1 (AaHIT1), one of the most known toxic insect-selective peptides, was designed and synthesized according to the preferred codon usage of Pseudomonas fluorescens, cloned, and transformed into the strain by pSUP106 vector, a broad-host-range plasmid. Bioassays indicated that the engineered strain was able to produce AaHIT1 with insecticidal activity, and at the same time retain the activity against plant pathogen. The experiments for nonplanted soil and rhizosphere colonization showed that, similar to the population of the wild-type strain, that of the engineered strain remained relatively constant in the first 10 days, and the subsequent 50 days, suggesting that AaHIT1 expression in the bacterial cell does not substantially impair its long-term colonization. It is first reported that a Pseudomonas fluorescens strain expressing an active scorpion neurotoxin has dual activity against phytopathogenic fungi and insects, making at attractive for agronomic applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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