Contribution à l'étude d'interactions toxines - canaux ioniques. Approche électrophysiologique
Institution:
AngersDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Ion channels play an important role in most physiological processes. In the nervous system, they are the target of a wide variety of toxins of distinct origin and properties. The specificity of these neurotoxins for an ion channel, and even for a mechanism of functioning of this channel, makes them privileged markers to know the structural, physiological and pharmacological properties of their membrane receptors. Our work consists of an electrophysiological contribution to the study of the alterations brought to sodium and/or potassium channels by the binding of certain natural, synthetic or genetically modified neurotoxins. The characterisation of the mode of action of brevetoxin (a marine plankton toxin) as well as of bom iii, a scorpion toxin of the -like type, on the sodium current dependent on the axon potential of the cockroach, has made it possible to situate the allosteric interactions between the various neurotoxin binding sites and to define a binding area associated with the notion of a macrosite. The study of the mode of action of a recombinant scorpion toxin, bot xiv, confirmed its alpha type mode of action and directed the mutations that could designate the 8-10 structural region as the one involved in its specificity of action on the mechanism of inactivation of the potential dependent sodium current. On the other hand, two studies on anti-insect scorpion toxins of the relaxant type led us to consider them as sodium channel openers at negative potentials for which they are normally non-active. These results are combined with other work to propose a classification of anti-insect scorpion toxins as -like toxins that open sodium channels at negative potentials with more or less important time constants. Also in the cockroach nervous system, a potent blocker of mammalian kv1. 2 channels was tested: maurotoxin, a short scorpion toxin cross-linked by 4 disulphide bridges with an atypical distribution. This neurotoxin alters the function of sodium and potassium channels in both axons and neurons. And contrary to the results obtained on the k#+ conductances of vertebrates, mtx increases the kdr-type potassium conductance supporting the existence of subtle functional differences between the ion channels of insects and mammals. On the other hand, when tested on mouse ante-pituitary cells, mtx also blocks sk conductances. The synthesis of four structural analogues of mtx was aimed at determining the structure-function relationships responsible for its original action. The study of these four molecules on mouse kv channels, expressed in the xenopus oocyte, as well as on sk channels, showed a loss of the initial activity of the toxin linked to a transformation or a loss of the 4th disulphide bridge and confirmed the need for the latter for optimal activity.
Abstract FR:
Les canaux ioniques jouent un rôle important dans la plupart des processus physiologiques. Dans le système nerveux, ils sont la cible d'une grande variété de toxines d'origine et de propriétés distinctes. La spécificité de ces neurotoxines pour un canal ionique, et même pour un mécanisme de fonctionnement de ce canal, en fait des marqueurs privilégiés pour connaitre les propriétés structurales, physiologiques et pharmacologiques de leurs récepteurs membranaires. Notre travail consiste en une contribution d'ordre électrophysiologique a l'étude des altérations apportées aux canaux sodium et/ou potassium par la fixation de certaines neurotoxines naturelles, synthétiques ou génétiquement modifiées. La caractérisation du mode d'action de la brévétoxine (toxine de plancton marin) ainsi que de la bom iii, une toxine de scorpion de type -like, sur le courant sodium dépendant du potentiel de l'axone de la blatte, a permis de situer les interactions allostériques entre les divers sites de fixation des neurotoxines et de définir une aire de fixation associée a la notion de macrosite. L'étude du mode d'action d'une toxine de scorpion recombinante, la bot xiv, a permis de confirmer son mode d'action de type alpha et de diriger les mutations qui ont pu designer la région structurale 8-10 comme celle qui intervient dans sa spécificité d'action sur le mécanisme d'inactivation du courant sodium dépendant du potentiel. D'autre part deux études portant sur des toxines de scorpions anti-insectes de type relaxant, nous ont conduit a les considérer comme des ouvreurs de canaux sodium a des potentiels négatifs pour lesquels ils sont normalement non actives. Ces résultats s'associent à d'autres travaux pour proposer une classification des toxines de scorpions anti-insectes en toxines de type -like qui ouvrent les canaux sodium aux potentiels négatifs avec des constantes de temps plus ou moins importantes. Toujours sur le système nerveux de la blatte, un puissant bloqueur des canaux kv1. 2 de mammifères a été teste : la maurotoxine, une toxine de scorpion courte, réticulée par 4 ponts disulfures dont la distribution est atypique. Aussi bien sur l'axone que sur les dum neurones, cette neurotoxine altère le fonctionnement des canaux sodium et potassium. Et contrairement aux résultats obtenus sur les conductances k#+ de vertèbres, la mtx augmente la conductance potassique de type kdr appuyant l'existence de différences fonctionnelles subtiles entre les canaux ioniques des insectes et des mammifères. D'autre part, testée sur les cellules ante-hypophysaires de souris, la mtx bloque également les conductances sk. La synthèse de quatre analogues structuraux à la mtx, a vise la détermination des relations structure-fonction responsables de son originalité d'action. L'étude de ces quatre molécules sur les canaux kv de souris, exprimes dans l'ovocyte de xenope, ainsi que sur les canaux sk, a montré une perte de l'activité initiale de la toxine liée a une transformation ou à une perte du 4eme pont disulfure et a confirmé la nécessite de celui-ci pour une activité optimale.