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蛇毒是其毒腺分泌的毒液,主要由有生物活性的蛋白和多肽等混合物组成。这些蛋白和多肽大部分可归为两大类:酶类和非酶类。三指环毒素家族是最大的非酶类毒液蛋白群体,虽然该家族的蛋白质都是由β折叠片组成的三指环结构,但是却呈现出了多样的功能活性,这样研究该家族的进化便有着重要的意义。尽管蛇的三指环家族已经被证实经历了加速进化,不过其潜在的多样化机理仍然不是很清楚。 三指环毒素家族可以特异以及高亲和地作用于不同的受体和离子通道,α-神经毒素和κ-神经毒素都属于该家族,它们的结构以及相互作用的烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)研究的比较清楚,这些为剖析它们的加速进化机理提供了很好的基础。nAChRs可以分为肌肉型和神经型两种类型。α-神经毒素不仅可以作用于肌肉型nAChRs的α1亚单位,也可以作用于神经型nAChRs的α7,α8,α9和α10亚单位;而κ-神经毒素是神经型nAChRs的α3和α4亚单位的有效拮抗剂。为了探讨三指环毒素家族的进化机理,我们将之前鉴定的α-神经毒素和κ-神经毒素的正选择位点比对到相应的毒素上,发现大部分的正选择位点都位于三指环的凹面,而这一面是毒素与受体相互作用的主要区域。通过分析毒素和受体的复合物模型,进一步发现毒素上的一些正选择位点与毒素和受体的相互作用位点是重合的,尤其是fingerⅡ区,而该区是毒素与受体作用的中央环区。当用密码子替换的最大似然模型对与毒素作用的蛇的猎物的受体(nAChRs的α1,α7,α9,α10,α3和α4亚单位)进行正选择分析时,并没有在受体的作用区域(loop A,loop B和loop C)发现正选择信号。但是结合毒素和受体的相互作用模型,我们通过Weblogo和Consurf分析发现受体上与毒素的正选择位点相互作用的氨基酸并不是保守的,而是变化的。在受体的这些作用区域中,loop C区氨基酸的变化是最明显的,该区是毒素和受体作用的最重要区域。 毒素的作用区域存在加速进化位点,而受体上与毒素的作用区域不存在正选择信号,不过该区域的氨基酸是变化的。这样便推测α神经毒素和κ神经毒素的加速进化是适应多样的受体的结果,是受体驱动的,这种进化模式与我们之前对蝎毒的研究很相似。此研究的主要贡献在于我们第一次在蛇毒当中发现了这种进化机制。由于这样一种进化方式在亲缘关系相对较远的两个物种中都存在,说明其有着广泛的应用,也可能适用于更多的有毒动物毒素的加速进化。