Switching perception of friend and foe Lysine motif receptors in plants perceive glycans that signal the presence of pathogenic or symbiotic nitrogen-fixing microbes. Bozsoki et al. now define the portions of these receptors that create the discriminatory binding pocket (see the Perspective by Bisseling and Geurts). The motifs were conserved in receptors that initiate immune responses, reflecting the invariable nature of the chitin fragments that they sense. Conversely, the motifs in receptors that respond to symbiotic signals were more varied, reflecting the greater diversity of the lipochitooligosaccharides (Nod factors) that they sense. With domain swapping, the authors switched the Nod factor specificity of receptors from two legume species and also enabled a chitin receptor that was otherwise dedicated to the detection of pathogenic microbes to instead recognize Nod factors. Science , this issue p. 663 ; see also p. 620

Persistent pain affects one in five people worldwide, often with severely debilitating consequences. Current treatment options, which can be effective for mild or acute pain, are ill-suited for moderate-to-severe persistent pain, resulting in an urgent need for new therapeutics. In recent years, the somatostatin receptor 4 (SSTR4), which is expressed in sensory neurons of the peripheral nervous system, has emerged as a promising target for pain relief. However, the presence of several closely related receptors with similar ligand-binding surfaces complicates the design of receptor-specific agonists. In this study, we report the discovery of a potent and selective SSTR4< peptide, consomatin Fj1, derived from extensive venom gene datasets from marine cone snails. Consomatin Fj1 is a mimetic of the endogenous hormone somatostatin and contains a minimized binding motif that provides stability and drives peptide selectivity. Peripheral administration of synthetic consomatin Fj1 provided analgesia in mouse models of postoperative and neuropathic pain. Using structure-activity studies, we designed and functionally evaluated several Fj1 analogs, resulting in compounds with improved potency and selectivity. Our findings present a novel avenue for addressing persistent pain through the design of venom-inspired SSTR4-selective pain therapeutics.

Abstract Somatostatin and its related peptides (SSRPs) form an important family of hormones with diverse physiological roles. The ubiquitous presence of SSRPs in vertebrates and several invertebrate deuterostomes suggests an ancient origin of the SSRP signaling system. However, the existence of SSRP genes outside of deuterostomes has not been established and the evolutionary history of this signaling system remains poorly understood. Our recent discovery of SSRP-like toxins (consomatins) in venomous marine cone snails ( Conus) suggested the presence of a homologous signaling system in mollusks and potentially other protostomes. Here we identify the molluscan SSRP-like signaling gene that gave rise to the consomatin family. Following recruitment into venom, consomatin genes experience strong positive selection and repeated gene duplications resulting in the formation of a hyper-diverse family of venom peptides. Intriguingly, the largest number of consomatins was found in worm-hunting species (> 400 sequences), indicating a homologous system in annelids, another large protostome phylum. Comprehensive sequence mining enabled the identification of orthologous SSRP-like sequences (and their corresponding orphan receptor) in annelids and several other protostome phyla. These results establish the existence of SSRP-like sequences in many major branches of bilaterians, including xenacoelomorphs, a phylum believed to have emerged before the divergence of protostomes and deuterostomes, ~ 600 My ago. Finally, having a large set of predator-prey SSRP sequences available, we show that while the cone snail’s signaling SSRP-like genes are under purifying selection, in striking contrast, the consomatin genes experience rapid directional selection to target receptors in a changing mix of prey.