Justyna Ciolek, Claude Zoukimian, Justine Dhot, Mélanie Burban, Mathilde Triquigneaux, Benjamin Lauzier, Christelle Guimbert, Didier Boturyn, Marine Ferron, Lidia Ciccone, Livia Tepshi, Enrico Stura, Pierre Legrand, Philippe Robin, Gilles Mourier, Béatrice Schaack, Imen Fellah, Guillaume Blanchet, Chantal Gauthier-Erfanian, Rémy Beroud, Denis Servent, Michel De Waard, Nicolas Gilles, Service d'Ingénierie Moléculaire pour la Santé (ex SIMOPRO) (SIMoS), Médicaments et Technologies pour la Santé (MTS), Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), unité de recherche de l'institut du thorax UMR1087 UMR6291 (ITX), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes Université - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (Nantes Univ - UFR MEDECINE), Nantes Université - pôle Santé, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université - pôle Santé, Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Translational microbial Evolution and Engineering (TIMC-TrEE), Translational Innovation in Medicine and Complexity / Recherche Translationnelle et Innovation en Médecine et Complexité - UMR 5525 (TIMC ), VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Département de Chimie Moléculaire (DCM), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Thérapeutique Recombinante Expérimentale (TIMC-IMAG-TheREx ), and Techniques de l'Ingénierie Médicale et de la Complexité - Informatique, Mathématiques et Applications Grenoble - UMR 5525 (TIMC-IMAG)
International audience; All five muscarinic receptors have important physiological roles. The endothelial M2 and M3 subtypes regulate arterial tone through direct coupling to Gq or Gi/o proteins. Yet, we lack selective pharmacological drugs to assess the respective contribution of muscarinic receptors to a given function. We used mamba snake venoms to identify a selective M2R ligand to investigate its contribution to arterial contractions. Using a bio-guided screening binding assay, we isolated MT9 from the black mamba venom, a three-finger toxin active on the M2R subtype. After sequencing and chemical synthesis of MT9, we characterized its structure by X-ray diffraction and determined its pharmacological characteristics by binding assays, functional tests, and ex vivo experiments on rat and human arteries. Although MT9 belongs to the three-finger fold toxins family, it is phylogenetically apart from the previously discovered muscarinic toxins, suggesting that two groups of peptides evolved independently and in a convergent way to target muscarinic receptors. The affinity of MT9 for the M2R is 100 times stronger than that for the four other muscarinic receptors. It also antagonizes the M2R/G i pathways in cell-based assays. MT9 acts as a non-competitive antagonist against acetylcholine or arecaine, with low nM potency, for the activation of isolated rat mesenteric arteries. These results were confirmed on human internal mammary arteries. In conclusion, MT9 is the first fully characterized M2R-specific natural toxin. It should provide a tool for further understanding of the effect of M2R in various arteries and may position itself as a new drug candidate in cardiovascular diseases