Study of the insertion of the translocation domain of botulinum toxin within the membranes: a biophysical approach
Approche biophysique de l'étude de l'insertion du domaine de translocation de la toxine botulique dans les membranes
Résumé
Botulinum neurotoxins (BoNTs), the most potent known toxins, are responsible for botulism. They inhibit acetylcholine release at the neuromuscular junction, inducing a flaccid paralysis. Upon intoxication, BoNT binds to its receptor at the plasma membrane of neurons and is then internalized by endocytosis. Inside acidic compartments, the interaction of its translocation domain with the membrane drives the translocation of the catalytic domain into the cytosol. The translocation domain of BoNT/A (Tm) was expressed and produced using a synthetic gene. Its insertion and activity have been shown to be pH dependent and to occur below pH 5.5. No structural change could be detected by spectroscopy. However, the formation of a quaternary structure is still possible. The sensitivity of Tm activity to membrane curvature has been observed. This could be an additional control to its function.
Apomyoglobin belongs to the globin fold family which counts several bacterial toxin domains as members. Its interaction with membranes shares some characteristics with that of the translocation domain of diphtheria toxin. It is a pH-dependent two-step process (binding and insertion) which requires the accumulation of a partially unfolded state. The protein parts involved in each step have been identified using Hydrogen/Deuterium exchanges analyzed by mass spectrometry. An amphipathic helix allows the membrane binding, and a hydrophobic helix is involved in the insertion step. The last helix becomes available upon formation of the partially folded state.
Apomyoglobin belongs to the globin fold family which counts several bacterial toxin domains as members. Its interaction with membranes shares some characteristics with that of the translocation domain of diphtheria toxin. It is a pH-dependent two-step process (binding and insertion) which requires the accumulation of a partially unfolded state. The protein parts involved in each step have been identified using Hydrogen/Deuterium exchanges analyzed by mass spectrometry. An amphipathic helix allows the membrane binding, and a hydrophobic helix is involved in the insertion step. The last helix becomes available upon formation of the partially folded state.
Les neurotoxines botuliques (BoNTs), toxines les plus efficaces connues, sont responsables du botulisme. Elles inhibent la libération d'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires causant des paralysies flasques. Lors de l'intoxication, la BoNT se lie à ses récepteurs à la surface des neurones, puis est internalisée par endocytose. L'interaction de son domaine de translocation avec la membrane à l'intérieur de compartiments cellulaires acides permet le passage du domaine catalytique dans le cytosol. Le domaine de translocation de BoNT/A (Tm) a été exprimé à partir d'un gène de synthèse. L'insertion de Tm dans la membrane et son activité sont dépendantes du pH et apparaissent dès pH 5,5. Aucun changement de structure n'est détecté par spectroscopie. Cependant, la formation d'une structure quaternaire n'est pas exclue. L'activité de Tm est aussi sensible à la courbure de la membrane, ce qui pourrait permettre une régulation supplémentaire de sa fonction.
L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.
L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.