Endosomes et translocation de toxines

Endosomes and toxin translocation

UMR 5539 CNRS, Département Biologie-Santé, Université Montpellier II, 34095 Montpellier Cedex 05.

Résumé

Dans cette revue nous avons résumé les résultats que nous avons obtenus sur l’entrée de toxines, ricine, exotoxine A de Pseudomonas aeruginosa (PE) et toxine diphtérique (DT) principalement, dans les cellules animales. Nous avons surtout étudié le processus de translocation permettant à ces toxines de traverser la membrane endosomale et de passer dans le cytosol où se trouve leur cible : le système de synthèse des protéines qu’elles vont inactiver, tuant ainsi la cellule. Cette étape de translocation est limitante cinétiquement pour la toxicité de ces toxines. Nous avons montré que ces trois toxines traversent la membrane en utilisant des mécanismes différents. La translocation de la ricine ne dépend que de l’hydrolyse de l’ATP cytosolique, alors que PE requiert tout d'abord une exposition au pH acide endosomal (pH~6), probablement pour s’insérer dans la membrane, avant d’être transportée vers le cytosol via un mécanisme dépendant de l’hydrolyse de l’ATP cytosolique. La DT est transportée vers le cytosol en réponse au gradient de pH endosome-cytosol. En utilisant des conjugués avec la dihydrofolate réductase, nous avons pu montrer indirectement que la ricine et PE devaient être dépliées pour traverser la membrane endosomale. Par une approche de délétion, nous avons produit un mutant de PE qui traverse les membranes plus rapidement et présente donc une cytotoxicité améliorée.

Abstract

In this review we discuss data obtained by our group regarding the entry of toxins, especially ricin, diphtheria toxin (DT) and Pseudomonas exotoxin A (PE) into animal cells. We studied the translocation process of these toxins using endosomes purified from lymphocytes. This process is rate-limiting for toxicity and enables these toxins to reach the cytosol where they will inactivate the protein synthesis system and kill the cell. We could show that each of these toxins uses a different strategy to cross the endosome membrane. Whereas ricin transmembrane transport only relies on cytosolic ATP hydrolysis, PE first requires exposure to the low endosomal pH (pH~6), presumably to insert into the endosome membrane, before being translocated via a process which also requires cytosolic ATP hydrolysis. DT translocation is directly triggered and energized by the endosome-cytosol pH gradient. Using conjugates with dihydrofolate reductase we could indirectly show that ricin and PE require unfolding for translocation. A deletion approach enabled to produce a more cytotoxic PE mutant by increasing its translocation activity.