Contribution à l’étude des relations structure-fonction de neurotoxines de scorpions activés sur les canaux sodium

Abstract

Les résidus tryptophane de la TSVII, toxine de type β du scorpion Tityus serrulatus, ont été sulfénylés individuellement. Les spectres de dichroïsme circulaire et de fluorescence des différents dérivés ont montré qu’il n’existait pas de modifications conformationnelles induites par la fixation de l’agent modifiant. D’après les spectres de fluorescence, et en accord avec le modèle 3D de TsVII, établi par homologie, les résidus Trp39 et Trp54 sont proches dans l’espace, les 3 résidus de tryptophane étant particulièrement enfouis. Les tests d’activité, aussi bien qu’in vitro, ont montré que les résidus Trp39 et Trp54 sont directement impliqués dans le site fonctionnel de la TsVII, le Trp50 n’étant probablement sollicité qu’une fois le complexe toxine-récepteur formé. L’acétylation du résidu Lys12 entraine également une perte d’activité. Selon ces résultats, nous proposons une interaction multipoint de la TsVII avec son récepteur, impliquant à la fois des interactions de type électrostatique et hydrophobe. L’activité de AahII, toxine de type α d’Androctonus australis hector, est totalement abolie après acétylation du résidu Lys58. Ce résultat est pour le moins intrigant. De fait, en dépit de son confinement dans une cavité hydrophobe à l’intérieur de la molécule, ce résidu est caractérisé par une réactivité exaltée surpassant largement celle des autres lysines exposées à la surface de la molécule, ce qui suggère que pK de la fonction ε-NH2 serait anormalement diminué dans un tel environnement. L’extinction de la charge de cette fonction perturbe grandement de la région C-terminale. A cet égard, le potentiel électrostatique du dérivé modifié est semblable à celui de la toxine BotXI dont la toxicité est 250 fois inférieure à celle de AahII. Par ailleurs, les résidus Arg18 et Arg62 ont été mutés en résidus citrulline par l’action de la peptidyl arginine déiminase. Le dérivé di-modifié Cit18/Cit62 ne conserve que 1.5% de l’activité de la toxine native in vivo. Dans les expériences de compétition, ce dérivé est incapable de déplacer AahII radioiodée de son site de fixation. Ces résultats plaident en faveur d’une forte participation des résidus basiques par la formation de ponts salins, dans la reconnaissance du récepteur, tout en soulignant le rôle crucial du résidu Lys58. Les études des relations structure-fonction de AahSTR1, anatoxine d’Androcionus australis hector, par l’élaboration d’un modèle tridimensionnel par homologies, ont permis d’émettre des hypothèses sur les causes de son manque d’activité , mais surtout, de dresser une liste exhaustive de résidus probablement importants dans l’expression d’une activité de type α ou β. Les grandes différences qui existent entre les surfaces d’isopotentiel électrostatique de AahSTR1 et celles des toxines les plus actives sont vraisemblablement à l’origine, chez cette dernière, de nouvelles propriétés pharmacologiques encore inconnues à l’heure actuelle. Dans la structure 3D établie par RMN bidimensionnelle, le résidu Lys14, situé dans une boucle très mobile, serait dans l’incapacité de contracter une éventuelle liaison électrostatique avec le récepteur. La présence d’une structure en hélice α est confirmée. Par sa duplicité structurale, cette anatoxine hybride α/β représentait une forme ancestrale des toxines de type β. Nous présentons enfin, dans ce mémoire, la structure de AahVI, la première toxine de scorpion glycosylée. Nous suggérons, à la lumière des résultats de spectrométrie de masse ainsi que des données actuelles sur la biosynthèse des sucres, que le motif commun à toutes les structures liées au résidu Asn9 est : Asn-GlcNAc(α1-Fuc)(α1-3Fuc)(β1-4GlcNAc). Très faiblement active, AahVI présente, du point de vue séquence, une grande similitude avec AahSTR1. Ces deux molécules sont les premiers représentants d’une nouvelle classe de toxines probablement caractérisées par un mode d’action original.