Exaptation of two ancient immune proteins into a new dimeric pore-forming toxin in snails

Autores
Giglio, Matías Leonel; Ituarte, Santiago; Milesi, Verónica; Dreon, Marcos Sebastian; Brola, Tabata Romina; Caramelo, Julio Javier; Ip, Jack Chi Ho; Maté, Sabina María; Qiu, Jian Wen; Otero, Lisandro Horacio; Heras, Horacio
Año de publicación
2020
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The Membrane Attack Complex-Perforin (MACPF) family is ubiquitously found in all kingdoms. They have diverse cellular roles, however MACPFs with pore-forming toxic function in venoms and poisons are very rare in animals. Here we present the structure of PmPV2, a MACPF toxin from the poisonous apple snail eggs, that can affect the digestive and nervous systems of potential predators. We report the three-dimensional structure of PmPV2, at 17.2 Å resolution determined by negative-stain electron microscopy and its solution structure by small angle X-ray scattering (SAXS). We found that PV2s differ from nearly all MACPFs in two respects: it is a dimer in solution and protomers combine two immune proteins into an AB toxin. The MACPF chain is linked by a single disulfide bond to a tachylectin chain, and two heterodimers are arranged head-to-tail by non-covalent forces in the native protein. MACPF domain is fused with a putative new Ct-accessory domain exclusive to invertebrates. The tachylectin is a six-bladed β-propeller, similar to animal tectonins. We experimentally validated the predicted functions of both subunits and demonstrated for the first time that PV2s are true pore-forming toxins. The tachylectin “B” delivery subunit would bind to target membranes, and then the MACPF “A” toxic subunit would disrupt lipid bilayers forming large pores altering the plasma membrane conductance. These results indicate that PV2s toxicity evolved by linking two immune proteins where their combined preexisting functions gave rise to a new toxic entity with a novel role in defense against predation. This structure is an unparalleled example of protein exaptation.
Fil: Giglio, Matías Leonel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina
Fil: Ituarte, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina
Fil: Milesi, Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos; Argentina
Fil: Dreon, Marcos Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina
Fil: Brola, Tabata Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina
Fil: Caramelo, Julio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina
Fil: Ip, Jack Chi Ho. Hong Kong Baptist University; China
Fil: Maté, Sabina María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina
Fil: Qiu, Jian Wen. Hong Kong Baptist University; China
Fil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo; Argentina
Fil: Heras, Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo; Argentina
Materia
AB TOXIN
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MACPF
POISONOUS EGG DEFENSE
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Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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CONICET Digital (CONICET)
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We found that PV2s differ from nearly all MACPFs in two respects: it is a dimer in solution and protomers combine two immune proteins into an AB toxin. The MACPF chain is linked by a single disulfide bond to a tachylectin chain, and two heterodimers are arranged head-to-tail by non-covalent forces in the native protein. MACPF domain is fused with a putative new Ct-accessory domain exclusive to invertebrates. The tachylectin is a six-bladed β-propeller, similar to animal tectonins. We experimentally validated the predicted functions of both subunits and demonstrated for the first time that PV2s are true pore-forming toxins. The tachylectin “B” delivery subunit would bind to target membranes, and then the MACPF “A” toxic subunit would disrupt lipid bilayers forming large pores altering the plasma membrane conductance. These results indicate that PV2s toxicity evolved by linking two immune proteins where their combined preexisting functions gave rise to a new toxic entity with a novel role in defense against predation. This structure is an unparalleled example of protein exaptation.Fil: Giglio, Matías Leonel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Ituarte, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Milesi, Verónica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos; ArgentinaFil: Dreon, Marcos Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Brola, Tabata Romina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Caramelo, Julio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Ip, Jack Chi Ho. Hong Kong Baptist University; ChinaFil: Maté, Sabina María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Qiu, Jian Wen. Hong Kong Baptist University; ChinaFil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo; ArgentinaFil: Heras, Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. 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Fil: Heras, Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo; Argentina
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