Human ether-à-go-go-related gene potassium channel 1 (hERG) is a voltage-gated potassium channel, the voltage-sensing domain (VSD) of which is targeted by a gating-modifier toxin, APETx1. APETx1 is a 42-residue peptide toxin of sea anemone Anthopleura elegantissima and inhibits hERG by stabilizing the resting state. A previous study that conducted cysteine-scanning analysis of hERG identified two residues in the S3-S4 region of the VSD that play important roles in hERG inhibition by APETx1. However, mutational analysis of APETx1 could not be conducted as only natural resources have been available until now. Therefore, it remains unclear where and how APETx1 interacts with the VSD in the resting state. We established a method for preparing recombinant APETx1 and determined the NMR structure of the recombinant APETx1, which is structurally equivalent to the natural product. Electrophysiological analyses using wild type and mutants of APETx1 and hERG revealed that their hydrophobic residues, F15, Y32, F33, and L34, in APETx1, and F508 and I521 in hERG, in addition to a previously reported acidic hERG residue, E518, play key roles in the inhibition of hERG by APETx1. Our hypothetical docking models of the APETx1-VSD complex satisfied the results of mutational analysis. The present study identified the key residues of APETx1 and hERG that are involved in hERG inhibition by APETx1. These results would help advance understanding of the inhibitory mechanism of APETx1, which could provide a structural basis for designing novel ligands targeting the VSDs of KV channels.

中文翻译：

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通过功能表征推导出门控修饰剂毒素 APETx1 抑制 hERG 的机制

人类 ether-à-go-go 相关基因钾通道 1 (hERG) 是一种电压门控钾通道，其电压感应域 (VSD) 被门控修饰剂毒素 APETx1 靶向。APETx1 是海葵 Anthopleura egessima 的 42 个残基肽毒素，通过稳定静息状态来抑制 hERG。先前对 hERG 进行半胱氨酸扫描分析的研究确定了 VSD S3-S4 区域中的两个残基，它们在 APETx1 对 hERG 的抑制中起重要作用。然而，由于迄今为止只有自然资源可用，因此无法对 APETx1 进行突变分析。因此，目前尚不清楚 APETx1 在哪里以及如何与静息状态下的 VSD 相互作用。我们建立了重组APETx1的制备方法并确定了重组APETx1的NMR结构，它在结构上等同于天然产物。使用 APETx1 和 hERG 的野生型和突变体进行的电生理分析表明，除了先前报道的酸性 hERG 残基 E518 之外，它们在 APETx1 中的疏水性残基 F15、Y32、F33 和 L34 以及在 hERG 中的 F508 和 I521 也起着关键作用在 APETx1 抑制 hERG 中的作用。我们假设的 APETx1-VSD 复合体对接模型满足突变分析的结果。本研究确定了 APETx1 和 hERG 的关键残基，这些残基参与了 APETx1 对 hERG 的抑制。这些结果将有助于加深对 APETx1 抑制机制的理解，这可以为设计靶向 KV 通道 VSD 的新型配体提供结构基础。使用 APETx1 和 hERG 的野生型和突变体进行的电生理分析表明，除了先前报道的酸性 hERG 残基 E518 之外，它们在 APETx1 中的疏水性残基 F15、Y32、F33 和 L34 以及在 hERG 中的 F508 和 I521 也起着关键作用在 APETx1 抑制 hERG 中的作用。我们假设的 APETx1-VSD 复合体对接模型满足突变分析的结果。本研究确定了 APETx1 和 hERG 的关键残基，这些残基参与了 APETx1 对 hERG 的抑制。这些结果将有助于加深对 APETx1 抑制机制的理解，这可以为设计靶向 KV 通道 VSD 的新型配体提供结构基础。使用 APETx1 和 hERG 的野生型和突变体进行的电生理分析表明，除了先前报道的酸性 hERG 残基 E518 之外，它们在 APETx1 中的疏水性残基 F15、Y32、F33 和 L34 以及在 hERG 中的 F508 和 I521 也起着关键作用在 APETx1 抑制 hERG 中的作用。我们假设的 APETx1-VSD 复合体对接模型满足突变分析的结果。本研究确定了 APETx1 和 hERG 的关键残基，这些残基参与了 APETx1 对 hERG 的抑制。这些结果将有助于加深对 APETx1 抑制机制的理解，这可以为设计靶向 KV 通道 VSD 的新型配体提供结构基础。除了先前报道的酸性 hERG 残基 E518 之外，在 APETx1 抑制 hERG 中也起着关键作用。我们假设的 APETx1-VSD 复合体对接模型满足突变分析的结果。本研究确定了 APETx1 和 hERG 的关键残基，这些残基参与了 APETx1 对 hERG 的抑制。这些结果将有助于加深对 APETx1 抑制机制的理解，这可以为设计靶向 KV 通道 VSD 的新型配体提供结构基础。除了先前报道的酸性 hERG 残基 E518 之外，在 APETx1 抑制 hERG 中也起着关键作用。我们假设的 APETx1-VSD 复合体对接模型满足突变分析的结果。本研究确定了 APETx1 和 hERG 的关键残基，这些残基参与了 APETx1 对 hERG 的抑制。这些结果将有助于加深对 APETx1 抑制机制的理解，这可以为设计靶向 KV 通道 VSD 的新型配体提供结构基础。