Strukturelle Basis des Übergangs von α-Latrotoxin zu einem kationselektiven Por

Zusammenfassung Das potente neurotoxische Gift der Schwarzwitwe enthält einen Cocktail aus sieben phylum-spezifischen Latrotoxinen (LTXs), von denen jedoch nur eines, α-LTX, Wirbeltiere anvisiert. Dieses 130 kDa große Toxin bindet an Rezeptoren an präsynaptischen Nervenenden und löst eine massive Freisetzung von Neurotransmittern aus. Es ist allgemein anerkannt, dass LTXs tetramerisieren und in die präsynaptische Membran einfügen, wodurch Ca 2+ -leitende Poren entstehen, aber der zugrunde liegende Mechanismus ist nur wenig verstanden. LTXs sind homolog und bestehen aus einem N-terminalen Bereich mit drei unterschiedlichen Domänen sowie einer C-terminalen Domäne, die bis zu 22 aufeinanderfolgende Ankyrin-Wiederholungen enthält. Hier berichten wir über cryoEM-Strukturen des wirbeltier-spezifischen α-LTX-Tetramers in seinem Prepore- und Por-Zustand. Unsere Strukturen, in Kombination mit AlphaFold2-basiertem strukturellem Modellieren und molekulardynamischen Simulationen, zeigen dramatische konformationale Veränderungen im N-terminalen Bereich des Komplexes. Vier unterschiedliche helikale Bündel ordnen sich neu an und bilden zusammen einen hochstabilen, 15 nm langen, kation-impermeablen Coiled-Coil-Stiel. Dieser Stiel positioniert wiederum ein N-terminales Paar von Helices innerhalb der Membran, wodurch die Assemblierung eines kation-permeablen Kanals ermöglicht wird. Insgesamt bieten diese Daten Einblicke in einen einzigartigen Mechanismus für die Membraneinfügung und Kanalausbildung, der für die LTX-Familie charakteristisch ist, und bieten den notwendigen Rahmen für die Entwicklung neuartiger Therapeutika und biotechnologischer Anwendungen.