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Control of postprandial hyperglycemia by oral administration of the sea anemone mucus-derived α-amylase inhibitor (magnificamide) - 11/11/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.115743 
Oksana Sintsova a, , 1, 2 , Darya Popkova a, Aleksandr Kalinovskii b, Anton Rasin a, Natalya Borozdina c, Elvira Shaykhutdinova c, Anna Klimovich a, Alexander Menshov a, Natalia Kim a, Stanislav Anastyuk a, Mikhail Kusaykin a, Igor Dyachenko c, Irina Gladkikh a, Elena Leychenko a
a G.B. Elyakov Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, Far Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, 159, Pr. 100 let Vladivostoku, Vladivostok 690022, Russia 
b Shemyakin‐Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, ul. Miklukho‐Maklaya 16/10, 117997 Moscow, Russia 
c Branch of the Shemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Prospekt Nauki, 6, 142290 Pushchino, Russia 

Corresponding author.

Abstract

Diabetes mellitus is a serious threat to human health in both developed and developing countries. Optimal disease control requires the use of a diet and a combination of several medications, including oral hypoglycemic agents such as α-glucosidase inhibitors. Currently, the arsenal of available drugs is insufficient, which determines the relevance of studying new potent α-amylase inhibitors. We implemented the recombinant production of sea anemone derived α-amylase inhibitor magnificamide in Escherichia coli. Peptide was isolated by a combination of liquid chromatography techniques. Its folding and molecular weight was proved by 1H NMR and mass spectrometry. The Ki value of magnificamide against human pancreatic α-amylase is 3.1 nM according to Morrison equation for tight binding inhibitors. Our study of the thermodynamic characteristics of binding of magnificamide to human salivary and pancreatic α-amylases by isothermal titration calorimetry showed the presence of different binding mechanisms with Kd equal to 0.11 µM and 0.1 nM, respectively. Experiments in mice with streptozotocin-induced diabetes mimicking diabetes mellitus type 1 were used to study the efficiency of magnificamide against postprandial hyperglycemia. It was found that at a dose of 0.005 mg kg–1, magnificamide effectively blocks starch breakdown and prevents the development of postprandial hyperglycemia in T1D mice. Our results demonstrated the therapeutic potential of magnificamide for the control of postprandial hyperglycemia.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

Sea anemone derived peptide toxin magnificamide potently inhibits human α-amylases
Magnificamide is highly stable and can be taken orally
It blocks the breakdown of starch preventing postprandial hyperglycemia in mice

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Abbreviations : AUC, CD, HSA, HPA, ITC, Ki, PBS, PPA, RP-HPLC, STZ, T1D, T2D

Keywords : Hyperglycemia, α-amylase inhibitor, Diabetes, Metabolism, Sea anemone, Venom


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