This paper presents the results of a structure-functional study of neurotoxins, actinoporins, and proteinase inhibitors from the tropical sea anemone Heteractis crispa (= Radianthus macrodactylus ) and the low boreal sea anemone Oulactis orientalis . The new data significantly contribute to the knowledge of the mechanisms of action of polypeptides from marine coelenterates and can be useful for solving practical problems of the biotechnological development of medicines.

Using methods of molecular biology we defined the structures of the 31 sea anemone Heteractis crispa genes encoding polypeptides which are structurally homologous to the Kunitz protease inhibitor family. The identified sequences have single-point amino acid substitutions, a high degree of homology with sequences of known Kunitz family members from H. crispa , and represent a combinatorial library of polypeptides. We generated their three-dimensional structures by methods of homology modeling. Analysis of their molecular electrostatic potential allowed the division of the polypeptides into three clusters. One of them includes polypeptides APHC1, APHC2, and APHC3 which have been shown to possess, in addition to their trypsin inhibitory activity, a unique property of inhibiting the pain vanilloid receptor TRPV1 in vitro and providing the analgesic effects in vivo. The spatial structure of the polypeptide complexes with TRPV1, the nature of the interactions, as well as functionally important structural elements involved in the complex formation, were established by molecular docking technique. The designed models allowed us to propose a hypothesis contributing to the understanding of how APHC1-APHC3 affect the pain signals transduction by TRPV1: apparently, relaxation time of the receptor increases due to binding of its two chains with a polypeptide molecule which disrupts functioning of TRPV1 and leads to partial inhibition of the signal transduction in electrophysiological experiments.

Методами молекулярной биологии установлены структуры 31 гена актинии Нeteractis crispa, кодирующие полипептиды, структурно гомологичные ингибиторам протеиназ семейства Кунитца. Установленные аминокислотные последовательности имеют точечные замены, высокую степень гомологии с последовательностями известных представителей семейства протеиназных ингибиторов типа Кунитца Н. crispa и представляют собой комбинаторную библиотеку полипептидов. Методами гомологичного моделирования генерированы их пространственные структуры. Анализ молекулярного электростатического потенциала позволил разделить данные полипептиды на три кластера. Один из кластеров включает полипептиды APHC1, APHC2 и APHC3, для которых нами ранее было показано, помимо трипсинингибирующей активности, уникальное свойство ингибировать in vitro болевой ваниллоидный рецептор TRPV1 и оказывать анальгетическое действие in vivo. В данной работе применение молекулярного докинга дало возможность установить пространственную структуру комплексов полипептидов с TRPV1, характер связывания, а также функционально значимые структурные элементы, участвующие в образовании комплекса. Полученные структурные модели позволили предложить гипотезу, объясняющую механизм воздействия полипептидов APHC1–APHC3 на передачу болевого сигнала TRPV1-рецептором: по-видимому, происходит увеличение времени релаксации рецептора за счет связывания двух его цепей молекулой полипептида, что нарушает функционирование TRPV1 и приводит к неполному ингибированию передачи сигнала в электрофизиологических экспериментах.