Fusion vésiculaire : protéines SNARE
Régulation des protéines SNARE
Synaptotagmines : interactions

Pour décrire les interactions possibles des synaptotagmines (Syt), nous prendrons comme exemple la synaptotagmine-1 (Syt1) des vésicules synaptiques (VS) qui interagit avec :

• les membranes anioniques, i.e. chargées négativement,

• 

  le complexe SNARE,
• la complexine (Cplx), petite protéine soluble qui active à la fois la libération évoquée et supprime la libération spontanée.

Interfaces de Syt1

Interfaces Syt1-SNARE

Les structures cristallines du complexe Syt1-SNARE révèlent trois interfaces entre le complexe SNARE et les domaines C2A et C2B de Syt1, i.e. appelées primaire, secondaire et tertiaire.

Interface primaire

1. L'interface primaire, la plus grande, formée entre le domaines C2B de Syt1 et le complexe SNARE, en particulier avec SNAP-25 et la syntaxine 1 (Stx1), est divisée en deux régions dominées par les interactions polaires :

• La région I montre l'interaction entre les résidus de SNAP-25, i.e. N159, H162, M163 et D166, et ceux de Syt1, i.e. E295, K297, N336 et Y338.

• 

  La région II comprend l'interaction entre les résidus de Stx1, i.e. D231, E234, E238 et ceux de Syt1, i.e. R281, K288, R398 et R399, i.e. ces deux derniers résidus correspondent à l'apex d'arginine impliqué dans la fusion vésiculaire.
• Les deux régions polaires sont reliées par un patch hydrophobe, i.e. I44, L47 et V48 de SNAP-25 et V292, L294, A402 de Syt1.

Le complexe SNARE est chargé positivement et Syt1 est chargé négativement dans la région I, alors que c'est l'inverse pour la région II.

2. Cinq résidus clés forment le site de liaison primaire basé sur des données structurelles ont été identifiés indépendamment dans un crible génétique pour les mutants Syt1 chez la drosophile, i.e. S332 (S279 chez Syt1 des mammifères), R334 (R281), Y391 (Y338), E348 (E295) and A455 (A402), indiquant que cette interface est hautement conservée et essentielle pour la fonction Syt1 (A synaptotagmin suppressor screen indicates SNARE binding controls the timing and Ca2+ cooperativity of vesicle fusion 2017).

La perturbation de la liaison SNARE sur ce site mime les mutants null Syt1 parfaitement, de manière critique, y compris la perte de fusion synchrone et des taux élevés de libération asynchrone et spontanée.

Interface secondaire et tertiaire

1. L'interface secondaire implique un autre domaine de C2B de Syt1 et de la syntaxine 1 (Stx1),

2. L'interface tertiaire implique le domaine C2A de Syt1 (R199 and R233) qui se lie à la syntaxine-1 (D218) et à la synaptobrévine 2/VAMP2 (D57).

Interface C2A/C2B

Une interface entre les domaines C2 de Syt1, i.e. interface C2A-C2B est aussi présente.

• Le lien entre les domaines C2 est important pour la fonction de Syt1 dans les neurones.
• Les deux domaines C2 peuvent s'insérer dans la même membrane en même temps lors de la liaison au Ca⁺⁺ in vitro (Different states of synaptotagmin regulate evoked versus spontaneous release 2016)

Interface tripartite SNARE-Cplx-Syt1

Deux molécules Syt1 interagissent simultanément avec deux interfaces de liaison sur les côtés opposés du complexe SNARE pour créer une interface tripartite SNARE-complexine-synaptotagmine, i.e. SNARE-Cplx-Syt1 (The Primed SNARE-Complexin-Synaptotagmin Complex for Neuronal Exocytosis 2017 où vous trouvez les interactions détaillées).

• L'interface tripartite implique un deuxième domaine C2B, le complexe SNARE et l'hélice α centrale (CH) de la complexine (Cplx).
• L'interface tripartite n'implique pas de sites de liaison du Ca⁺⁺.

1. Les interactions entre l'hélice α centrale (CH) de la complexine (Cplx) et le complexe SNARE sont similaires à celles trouvées dans le sous-complexe SNARE-Cplx ( interactions Cplx/SNARE).

• 

  L'hélice accessoire (AH) de Cplx ou toute autre partie de Cplx peut être entièrement éliminé tout en maintenant la fonction activatrice de Cplx.
• Le domaine N-terminal de Cplx, qui s'attache aux membranes, peut interagir indépendamment avec le complexe trans-SNARE non zippé (N-terminal domain of complexin independently activates calcium-triggered fusion 2016).

2. Le domaine C2B de Syt1 de l'interface tripartite se lie à ce sous-complexe SNARE-Cplx en formant une grande interface (zone d'interface 990 Ų).

• L'hélice HA du domaine C2B de Syt1 étend l'hélice α centrale de Cplx.
• Avec la courte hélice 3₁₀T3 du domaine C2B et le complexe SNARE, ces deux hélices forme un faisceau de six hélices.

L'hélice HA est structurellement conservée dans les structures connues des domaines C2B de toutes les synaptotagmines, mais est absente

• des domaines C2A des synaptotagmines ou
• des domaines C2 de Munc13.

Résumé des interfaces

Deux molécules Syt1 interagissent simultanément avec deux interfaces de liaison sur les côtés opposés du complexe SNARE :

• l'interface tripartite SNARE-Cplx-Syt1,
• l'interface primaire.

Lorsque l'interface tripartite est perturbée alors que l'interface primaire est intacte, ou vice versa, on assiste à une réduction de la libération évoquée.

1. L'interface primaire Syt1-SNARE est spécifique aux capteurs Ca⁺⁺ rapides (Syt1, Syt2 et Syt9).

2. L'interface tripartite pourrait être une interface plus générale impliquant d'autres synaptotagmines compte tenu de la conservation de la séquence des hélices T3 et HA parmi tous les domaines C2B des synaptotagmines, excepté les domaines C2A des synaptotagmines ou C2 de Munc13.

Différents types d'exocytose régulée par les synaptotagmines sont médiés par des mécanismes de fusion similaires dépendant de Cplx, i.e. d'autres synaptotagmines pourraient participer à cette interface tripartite (Complexin Activates Exocytosis of Distinct Secretory Vesicles Controlled by Different Synaptotagmins 2013).

• L'interface tripartite active et verrouille en même temps le complexe, gardant le complexe trans-SNARE sous tension à moitié zippé et les membranes séparées, empêchant ainsi la fusion des membranes.
• Conformément à ce modèle de l'état amorcé, l'insertion constitutive de Cplx dans le complexe SNARE inhibe la libération des vésicules synaptiques, et l'inclusion de Cplx augmente la séparation entre les membranes (Morphologies of synaptic protein membrane fusion interfaces 2017).

Mécanisme général