Venins et défensines des scorpions

Venins et defensines des scorpions

Max Goyffon

Les venins de scorpions sont caracterises par le grand nombre et la diversite des neurotoxines actives sur les canaux ioniques membranaires. Ces neurotoxines constituent de veritables familles de molecules peptidiques polymorphes de haute specificit auxquelles s’appa- rentent structurellement les defensines, famille de peptides antimicrobiens circulants presents dans l’hemolymphe des scorpions et dans celle d’autres ordres d’arthropodes. La diversification et la specificite fonctionnelles P partir d’un schema stucturel commun sont discutees d’un point de vue physiologique et eve- lutif.

Lerai, Museum national d’histoire naturelle, 57, rue Cuvier, 75005 Paris, France.

A vet moins de 1 500 especes toutes venimeuses, les scorpions constituent un ordre

numeriquement mineur de l’em- branchement des arthropodes dont on estime qu’ils rassemblent 80 % des especes animales recensees. Consider& comme des represen- tants typiques des zones deser- tiques chaudes, ils sont en realite capables de coloniser les milieux terrestres les plus divers : forets, savanes, littoral maritime, mais aussi regions montagneuses jusqu’a 5 000 m d/altitude (cordillere des Andes, massifs himalayens). 11s ne depassent cependant pas au nord le 50” de latitude. Le plus souvent, les especes sont endemiques. Une seule est consideree comme ubiquiste, 1sSsometrus maculatus, un t&s petit nombre d’entre elles oc- cupe une large surface de distribution. Le &ant de l’ordre, Pundinus imperutor, de l’Afrique equatoriale occidentale est aussi, avec une taille adulte qui depasse 20 cm, le geant des arthropodes terrestres 1921. Tous les scorpions sont des predateurs carnivores de mceurs nocturnes, lucifuges, consomma- teurs habituels d’arthropodes de taille inferieure a la leur (parfois port& au cannibalisme) mais pou- vant, pour les plus grandes especes, capturer un reptile ou un mammifere de petite taille (lezard, rongeur). 11s peuvent @tre eux- memes victimes de predateurs varies, toujours occasionnels : oiseaux surtout (corvides, gallina- c&s, rapaces nocturnes), mais aussi

reptiles (lezards de grande taille) et mammiferes (renards, mustelides, et meme singes). Les consomma- teurs de scorpions peuvent @tre aisement identifies par l’examen de leurs feces sous lu-mike ultra-vio- lette. En effet, les scorpions sont les seuls arthropodes dont la totalite de la carapace chitineuse emet alors une brillante lumiere de fluorescence jaune ou jaune-vert, resis- tante aux processus chimiques de la digestion : les fragments de la carapace rest& intacts sont ainsi aisement detectables. Bien plus, cette propriete d&rite par divers auteurs en 1954 178, 109, 1101 mais signalee en note des 1939 par Pus- sard 11141, est largement utilisee avec une grande efficacite pour le ramassage nocturne des scorpions. La nature du (ou des) pigment(s) responsable(s) de cette fluorescence, dont le maximum d’emission se situe dans une bande comprise entre 465 et 490 nm [41, reste encore inconnue. Les scorpions se rangent parmi les plus anciens arthropodes terrestres. 11s sont connus du Silurien et du Carbonifere, et leur morphologie externe est deja tres proche de celle des formes actuelles [ 1271. Leur sta- bihte morphologique a et& soulignee a maintes reprises : les scorpions figurent au nombre des especes panchroniques dites encore improprement <( fossiles vivants )>. Toutefois, l/existence de formes aquatiques, primitives ou secon- dairement devenues aquatiques, reste un sujet de controverses non

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1999) 10,2,223-233 0 Elsevier, Paris 223

resolues et au reste impossibles a resoudre en l’etat actuel des connaissances [59,65]. En depit du petit nombre d’es- p&es, l’homogeneite de la morphologie externe rend delicate la systematique des scorpions. On s’accorde a reconnaitre l’existence de deux sous-ensembles, les Buthoi’des et les Chactdides, qu’il est difficile de considerer zoologi- quement comme de veritables sous-ordres [92]. Cependant, a l’exception de 1’Italie consideree comme une faille chorologique [127], partout oti vivent des scorpions se rencontrent un (ou des) representant des Buthdides et un (ou des) representant(s.1 des Chac- toi’des, ceux-ci se trouvant en quelque sorte definis (incorrecte- ment) comme des non-ButhoIdes. Les Buthdides ne comptent qu’une seule famille, celle des Buthides, numeriquement la plus importante (40 % des especes), celle aussi qui compte les especes dangereuses, parfois dites cc mortelles jj, pour l’homme. Certains Chactoi’des, chez lesquels on distingue selon les auteurs six a huit familles, peuvent etre responsables d’envenimations graves, mais aucune de leurs especes ne semble capable de pro- voquer regulierement des acci- dents mortels [61]. Les venins les plus etudies sont de loin ceux des Buthides en raison de leur importance medicale, en particulier ceux des genres paleotropicaux Andvoc- tows, Buthus, Leiurus, Parabuthus dune part, et ceux des genres neotropicaux Centruroides et Tityus d’autre part. Outre leur caractere venimeux [49], les scorpions ont retenu l’attention par un ensemble de traits physiologiques qui ont ete parfois definis comme une aptitude specifique, au moins pour les especes deserti- coles, a resister aux facteurs d’agression de l’environnement [481 : facteurs nutritionnels tels que le jeune [128] ou la deshydratation [54], radioresistance elevee [47, 48, 581, resistance a l’infection bacte- rienne [101, 1021. Cette derniere particularite initialement d&rite

224

sans recevoir de veritable interpre- tation s’est eclairee a la lumiere de travaux &cents conduisant a la decouverte chez les scorpions de peptides a proprietes antibacteriennes et structuralement apparent& a une famille de toxines presentes dans leurs venins [ 181.

1. Les toxines des venins de scorpions L’effet des venins de scorpions est avant tout neurotoxique. Cet effet a ete demontre experimentalement en 1865, pour la premiere fois semble-t-il, par Paul Bert [lo] qui, en eleve de Claude Bernard, met- tait en pratique les principes de l’Introduction a la medecine expe- rimentale : <( j’ai montre que c’est un poison du systeme nerveux qui parait agir a la fois sur l’excito- motricite de la moelle qu’il exalte et sur l’extremite peripherique des nerfs moteurs qu’il paralyse comme le curare j) [ll]. Par la suite, les travaux experimentaux se pour- suivirent dans differents labora- toires, sur tous les continents, mais de facon espacee : Phisalix et Vari- gny (1896) [112], Altamirano (1899) [3], Wilson (1904) [132], Arthus (1913) [6], Houssay (1919) [57], Kubota (1918) [70], Shulov (1939) [124], Del Pozo et Anguiano (19471 [30]. En 1956, Diniz et Goncalves [31] rattachaient l’action du venin 2 une fraction proteique rep&e par electrophorese. Mais le veritable debut des connaissances sur les toxines de venin de scorpions etait marque par les travaux d’une equipe marseillaise qui isolait pour la premiere fois en 1960 une neurotoxine proteique a partir du venin d’Androctonus australis 1961. A la meme ‘ epoque, apparaissaient les premieres revues devalues a l’etude des toxines. Des lors, les travaux sur les venins de scorpions en particulier, et sur les venins en general, connaissaient un essor qui ne s’est depuis jamais ralenti. Les venins de scorpions sont carac- t&is& par la predominance et la diversite de leurs neurotoxines qui sont toutes de nature proteique.

Cette diversite s’exprime dans le polymorphisme moleculaire de chaque famille de toxines [89, 117, 1191, mais aussi dans les recepteurs-cibles des canaux ioniques membranaires neuronaux. En fonction de la cible, on distingue actuellement quatre grandes familles de toxines, celles qui agissent sur les canaux sodium, celles qui agissent sur les canaux potassium, celles qui agissent sur les canaux calcium et celles qui agissent sur les canaux chlore [83]. Les deux premieres families, de loin les mieux connues, seront presentees plus precisement dans leurs rapports structuraux avec les defensines.

n 1.1. Les toxines actives sur les canaux sodium

Ces toxines furent les premieres a @tre purifiees, une seule d’abord [96], puis deux par espece de scorpion etudiee [97,98, 1161, puis plusieurs par venin [94]. On a pu en isoler plus de dix dans un m@me venin, comme chez Buthus occitanus tunetanus [86]. Leur caractere de petites proteines basiques les fit appeler initialement <c scorpamines X) [95], terme aujourd’hui abandonne. Leur similitude est rapidement soulignee [99], puis confirmee [loo] et leur ensemble est alors regard6 comme l’expression d’un veritable polymorphisme moleculaire [21, 117, 1191. Elles ne constituent qu’une faible fraction du poids set du venin, generalement inferieure a 5 % [50, 87, 94, 1161, exceptionnellement de l’ordre de 10 % chez un Buthide americain, Centruroides limpidus limpidus [79]. Elles constituent cependant la clas- se de toxines la plus abondante dans les venins de Buthides et sont chez les mammiferes responsables des signes cliniques et des effets letaux de l’envenimation [36, 871. Leur grande similitude n’empeche pas une specificite d’especes- cibles : les unes sont actives sur les mammiferes [94] et plusieurs dizaines d’entre elles ont ete sequencees a ce jour [83], d’autres sont actives sur les insectes [138],

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualites (1999) 10,2

d’autres, plus rares, sur les crusta- c&s [38, 1391. Cette specificite peut ne pas etre stricte [25, 831. Parfois encore appelees (< toxines longues X> par rapport aux autres familles de toxines, en particulier les toxines agissant sur les canaux potassium, les sequences en acides amines des toxines actives sur les canaux sodium comptent une soixantaine de residus pour une masse molaire de l’ordre de 7 000 Da. Elles sont de plus caracte- risees par la presence de quatre ponts disulfure [68]. Les demi-cystines se repartissent au long de la sequence, par exemple aux positions 12,16,22,26,36,48, et 63 pour la toxine II d’Androctonus austrulis hector active sur les mammiferes. Cette disposition explique leur grande stabilite [21]. 11 existe en particulier un pont entre la premiere demi-cystine de la sequence et la derniere, c8te C-terminal. Le maximum d’homologie apparait lorsque les demi-cystines sont alignees [117]. Toutefois, l’un des ponts disulfure est en position differente chez les toxines actives sur les mammiferes et chez les toxines actives sur les insectes : la cysteine 12 se trouve replacee en position 38 1241. On peut distinguer au total cinq sous-groupes de toxines qui correspondent a autant de types immunochimiques, c’est-a-dire que les anticorps neutralisants prepares a partir d’une toxine donnent des reactions croisees avec les toxines du m@me groupe, mais non avec les toxines des autres groupes [29,37]. En ce qui concerne les toxines actives sur les mammift?res, deux modes distincts d’activite pharma- cologique ont ete decrits, permet- tant de definir deux types de toxines [20]. - Les toxines a, potentiel-depen- dantes, induisent un ralentisse- ment du potentiel d’inactivation des canaux sodium des cellules excitables [44]. Plus la membrane est depolarisee, plus l’affinite est faible. Le site de fixation de ces toxines reconnait aussi de facon specifique des toxines peptidiques d’anemones de mer. Ces toxines a

sont caracteristiques des venins de Buthides paleotropicaux [62], mais ont ete parfois trouvees dans les venins de Buthides neotropicaux, en particulier Tityus serrulatus [5, 81. La toxine AaH II du venin d’An- droctonus australis hector est en quelque sorte la toxine de reference de cette sous-famille. On a montre en outre l’existence de canaux sodium repondant a ce type de toxine dans diverses categories de cellules non excitables [88]. - Les toxines B agissent sur le potentiel d’ouverture du canal sodium. Leur liaison est indepen- dante du potentiel de membrane [44]. Elles entrainent un train d’ondes successives, amorties ou durables, par diminution du seuil d’activation. Elles n’ont ete identi- frees jusqu’a present que dans les venins des Buthides neotropicaux. La toxine Css II du venin de Cen- truroides centruroides centruroides est la toxine de reference. Ces deux types de toxines se fixent sur des sites differents du canal sodium, site 3 pour les toxines a, site 4 pour les toxines B [60]. Onto- genetiquement, les recepteurs des toxines a apparaissent chez la sou- ris plus precocement que ceux des toxines J3 [20]. Deux types de toxines actives sur les insectes ont ete decrits a partir de leurs effets sur les asticots. - Les toxines dites <q contractu- rantes >) ou <c excitatrices )) : elles entrainent une paralysie de type spastique par un mecanisme rap- pelant celui des toxines B de mammiferes, depolarisation de la membrane et train de potentiels d’action [ill, 1371. Elles se fixent sur un seul site du canal sodium de facon inde- pendante du potentiel[45,83]. L’un de leurs quatre ponts disulfure est dans une position differente de celle des toxines actives sur les mammiferes [24]. Le type en est la toxine AahITl du venin d’Androcto- nus australis hector. - Les toxines dites << relaxantes j) ou <c depressantes >) (ou encore Q flac- tides j>, << flasques >>> : elles induisent une paralysie progressive flasque. Elles bloquent les poten-

ANNALES DE L’INSTITUT PASTEUR / actualit& (1999) 10,2

tiels d’action par inhibition des courants sodiques [137]. La position de leurs quatre ponts disulfure est conservee [23, 671. Le type en est la toxine Lqq IT2 (136). Une toxine a structure (c relaxante >) mais a activite contracturante, la toxine LqhIT5, a ete isolee recemment du venin de Leiurus quinques- tiutus [103]. Quelques toxines a double specificite, a la fois anti-mammiferes et anti-insectes ont ete signalees : toxines Ts VII du scorpion bresilien Tityus serrz&tus, Aah IT4 du scorpion nord-africain Androctonus austrulis, Lqq3 du scorpion paleotropical a large distribution Leiurus quinquestriatus quinquestriatus [28, 66, 841, toxines LqhII et LqhIII de la sous-espece Leiurus quinquestriutus hebmus [122]. Les recepteurs des toxines inactivant les canaux sodium, quoiqu’ils soient distincts, seraient de structure t&s proche [461. On trouve aussi dans les venins de Buthides des analogues atoxiques de toxines qui se cornportent comme de veritables anatoxines naturelles [2, 511.

W 1.2. Les toxines actives sur les canaux potassium

Elles sont de connaissance plus recente que les precedentes. La premiere toxine bloqueur de canaux potassium a @tre identifiee dans un venin de scorpion fut la noxiustoxi- ne du Buthide neotropical Centru- roides noxius [15,113]. La premiere a @tre identifiee a partir du venin dun Buthide paleotropical, a Ptre synthetisee par voie chimique, puis par voie genetique [71,107,126] fut la charybdotoxine, de Leiurus quinquestriatus [91]. Rapidement ensuite, de nombreuses autres toxines bloqueurs de canaux potassium potentiel-dependants et Ca++- dependants furent d&rites dans le venin de diverses especes de scorpions Buthides ou Chactoi’des. Leurs sequences comptent de trente a quarante residus acides amines et trois ponts disulfure en position conservee. Ces trois ponts ont une

225

configuration identique a celle des trois ponts centraux des toxines bloqueurs de sodium [121 : les toxines cc bloqueurs )j de canaux potassium apparaissent stucturellement comme des toxines bloqueurs de canaux sodium auxquelles on aurait retran- the un segment de la sequence N- terminale et un segment de la chaine C-terminale, entrainant de ce fait la perte des demi-cystines N-terminale et C-terminale. Dans l’ensemble, ces toxines, presentes dans le venin en tres faible quantite (< 1 % du poids set), sont chez le mammifere faiblement actives par voie generale, et manifestent leur pouvoir toxique surtout par voie cerebrale : elles peuvent alors se montrer de puissants agents convul- sivants. En pratique, elles n’ont guere d’incidence en pathologie humaine. L’activite de bloqueur de canal potassium peut aussi s’exercer sur des tissus ou des cellules autres que nerveux ou musculaires [l], tels que les fibres musculaires lisses tra- cheales [771 ou arterielles [7l, les cellules endocrines de l’hypophyse anterieure [130], les osteoclastes [42] ou encore les hematies [133] et les leucocytes [32]. La classification proposee actuellement n’est que provisoire et repose sur la sequence en acides amines [83]. On distigue deux familles principales, les toxines tres courtes et les toxines courtes.

7.2.7. Les foxines t&s courtes

Ces toxines comptent de vingt-neuf a trente-cinq residus acides amines. Elles possedent une haute specificite et une grande affinite pour les canaux potassium Ca++-dependants SK a faible conductance apamine-sensibles [34, 401, non seulement des tissus excitables mais aussi de certains tissus non-excitables. Les principales toxines de cette famille sont la leiurotoxine I (LTX ou scyllatoxine) de Leiurus quinquesfriufus, la toxine PO5 du scorpion marocain Androcfonus maurefanicus, la toxine TSK du Buthide sud-americain Tifyus serru- Zatus. Plusieurs analogues de la

226

LTX et de la PO5 ont ete synthetises et ont servi d’elements de compa- raison fonctionnelle vis-a-vis de la toxine originelle [120,121,1351.

1.2.2, Les toxines courtes

Elles comptent de trente-sept a trente-neuf residus acides amines. De specificite moins etroite que les precedentes, elles peuvent @tre divisees en quatre sous-familles. La sow-far&e de la chaybdotoxine (CTX). Celle-ci reste encore la toxine de reference des toxines bloqueurs de canaux potassium [90]. Elle agit sur les canaux potassium Ca++-dependants BK a large conductance et sur les canaux voltage-dependants de divers tissus [41]. Liberiotoxine (IbTX) du venin de Bufhofus (= Bufhus, = Mesobu- thus) tumulus, le scorpion rouge de l’Inde, espece dangereuse, possede 68 % de similitude avec la CTX et bloque uniquement les canaux BK. Des peptides chimeres de synthese CTX-IbTX ont ete construits : on a pu de cette facon preciser les roles respectifs des segments N- et C-ter- minaux dans les interactions toxine-recepteur [43]. La sous-famille de la noxiusfoxine (NTX). Cette toxine agit sur les canaux voltage-dependants et calcium-dependants de nombreux tissus excitables et non excitables. Des travaux reposant sur l’utilisation de peptides synthetiques ont montre qu’elle interagit avec ses recepteurs par sa region N-terminale [52]. La margatoxine du venin du scorpion latino-americain Cenfru- roides margarifafus [42], la hongo- toxine du venin de Cenfruroides lim- butus [69] se rangent dans ce grou- Pe. Ces toxines possedent trente-neuf residus acides amines soit deux de plus que les autres toxines courtes. La sow-famille des kaliofoxines. Les toxines de ce groupe, kaliotoxines et agitoxines, sont tres homogenes. Elles presentent plus de 70 % de similarite dans leurs sequences [83]. La kaliotoxine (KTX) du venin du Buthide endemique du Maroc Androcfonus maurefanicus, la pre-

m&e du sous-groupe a avoir ete isolee [22], la KTX2 du venin d’An- drocfonus ausfrulis [76], sont specifiques des canaux K+ calcium- dependants. Les agitoxines du venin de Leiurus quinquesfriafus [39] sont specifiques des canaux K+ voltage-dependants. La sous-famille de la TsKa. Cette toxine extraite du venin de Tifyus serru- lattls possede une similitude de sequence moins marquee avec les toxines des deux sous-familles precedentes. Elle bloque specifique- ment les canaux K+ potentiel- dependants [131]. Un certain nombre de toxines recemment d&rites echappent au precedent schema, en particulier un ensemble de toxines a quatre ponts disulfure : toxines de Pandinus impe- rufor, scorpion d’Afrique equatoriale de la famille des Scorpionides [27, 105, 1061, maurotoxine du Scorpio- nide paleotropical Scorpio maurus 164, 1181, toxine du Scorpionide indien Heferomefrus spinifer [80] : on notera que ces toxines ont ete prefe- rentiellement identifiees chez des Chacto’ides. Leurs sequences mon- trent une grande similarite avec les toxines a trois ponts, egale ou supe- rieure a 60 % [104]. Une toxine a quatre ponts, comptant quarante et un residus acides amines, dont la sequence presente le m@me ordre de similarite, vient d’etre isolee du venin de Tifyus serrulafus [104]. Ainsi se degage aussi pour les toxines bloqueurs de canaux potassium l’existence d’un polymorphisme moleculaire deja observe pour les toxines agissant sur les canaux sodium, a partir d’un schema de base a trois ponts disulfure conser- ves, parfois a quatre ponts disulfure, et a courte ou longue chaine de haut degre de similarite.

2. Les dbfensines de scorpions

n 2.1. Peptides antibact&iens chez les Arthropodes

Les insectes reagissent aux agressions bacteriennes en produisant une gamme de peptides antibacte-

ANNALES DE LJINSTITUT PASTEUR / actualit& (1999) 10,2

riens le plus souvent rapidement synth&s& a l’occasion de l’agression, parfois pr&ents en permanen- ce dans le milieu intkrieur. Cette forme de rkponse immunitaire depourvue de mkmoire [56,108] est parfois d&ignt?e sous le terme g&+ rique d’immunitk innee [16]. Les premieres mol&ules anti-micro- biennes circulantes furent identi- frees en 1981 par Steiner et al. [125]. Les recherches se d&e!oppPrent alors consid&ablement. A ce jour, plus de cent soixante-dix peptides antimicrobiens d’invert&br& ont &e caractQis& [14], chez seulement une trentaine d’esp&ces [55], la plupart chez les arthropodes (insectes surtout, crustaces, arachnides), mais aussi dans d’autres embran- chements comme les mollusques [16]. 11s sont classes en quatre grandes familles : les peptides & ponts disulfure ou dbfensines, les hGlices a amphipathiques dGpour- vues de cysMine dont le type est la sous-famille des cecropines de Dro- sophila melanogaster, les peptides riches en glycine, les peptides riches en proline [ 721. Les defensines sont typiquement des peptides cationiques non glyco- syl& comptant de vingt-neuf 5 quarante-trois r&idus acides amines avec trois ponts disulfure, et de masse molaire comprise entre 4 et 5 kDa. Le terme de defensine a &Z utilisb la premiPre fois pour d&i- gner des mol&ules isolkes chez les dipteres Phormia terranovz et Sarco- phuga sp. [56] en raison d’une certai- ne similitude de structure avec des peptides antibactkriens de mammi- f&es ainsi nommes en 1985 par Sel- sted et al. [123]. Des defensines ont &Z caract&i&es dans diverses classes d’insectes superieurs (Dip&es, Hemipteres, Colbopt&res, Hym&opt&es, mais non chez les L&pidopt&es), et d’insectes inf& rieurs (Odonates). On en a is016 egalement chez les Mollusques [16]. On en connait au total une trentaine [14]. Dans l’ensemble, elles sont actives surtout sur les germes a Gram+. C’est plus particuliPrement cette famille de peptides antimicrobiens qui a fait l’objet de travaux

spbcifiques chez les scorpions Buthid&.

n 2.2. Defenses antimicrobiennes du scorpion

Dans un travail rest4 largement ignore, datant du dgbut des an&es 1970, Morel [lOl, 1021 avait montre la rksistance tout 2 fait exceptionnel- le du Buthide languedocien Buthus occitunus & l’infection bactQienne, qu’il s’agisse de batteries entomo- pathogPnes comme Bacillus thuringiensis ou de bactQies ti large spectre pathog&ne, telles que Psew domonas aeruginosa ou Serratia mar- cescens. Buthus occitanus supporte des doses 105 & 106 fois plus klevkes que les insectes, B l’exception de Gryllus domesticus qui se situe en position intermediaire [loll. Morel attribuait cette r&istance exception- nelle B l’importance des rkactions phagocytaires d’une part (hGmo- cytes, glande lympho’ide propre aux scorpions), 2 l’efficacite d’une reac- tion de type granulomateux au point d’injection et aussi dans la cavitk g&&ale, ensuite, mais kgale- ment par l’existence de rgactions d’irnrnunit~ humorale se traduisant par l’apparition de formes d’involu- tion bactkrienne dans l’hemolymphe. Des ph&om&es d’immu- nit4 acquise Gtaient du reste d&rits chez Androctonus australis g la meme epoque [53]. Dans l’ensemble, les observations rapportkes par Morel, qui relevait qu’on ne connaissait pas de maladies infectieuses bact& riennes ni virales chez les scorpions [loll, ne diffkraient pas fondamen- talement de ce qui etait decrit chez les insectes, si ce n’est par une parti- culiPre efficacitk. Cependant, les recherches sur les defensines chez les scorpions ne connaissaient pas de developpement specifique, jusqu’B ce que pres de vingt ans plus tard une equipe du CEA, en 1991 [13], relgve la parent6 structurale de la charybdotoxine et des dkfensines d’insectes. D&s lors une question se posait : le Buthide Leiurus quinquestriatus posskdant dans son venin une neurotoxine bloqueur de canaux potassium, la CTX, avait-il


aussi dans son hkmolymphe une dkfensine circulante de structure apparentee ? La rkponse 2 cette question fut positive [18]. Une dkfensine fut isolke, comptant trente-sept r&idus acides amines, de structure comparable & celle des autres dkfensines alors connues et done aussi B celle des neurotoxines B trois ponts disulfure bloqueurs de canaux potassium. C’est de la dkfensine d’un Odonate, Aeschna cyaneu, ordre d’insectes consid&& comme primitifs, qu’elle est structurellement le plus proche : cha&e de m@me longueur, vingt-six r&idus identiques. A la difference des insectes, la dGfensine de Leiurus quinquestriutus est pr&.ente en per- manence dans l’hemolymphe. Des defensines, egalement constitutives, devaient @tre caract&i&es ensuite dans l’hemolymphe d’un autre Buthid& Androctonus australis, l’une de structure trPs proche de la defensine de Leiurus quinquestriatus dont elle ne diff$re que par la permuta- tion de deux acides amines (lysine et phknylalanine), l’autre, appelee buthinine, & trente-quatre r&idus acides amin& [35]. Ainsi, outre les defenses immunitaires cellulaires et humorales d&rites par Morel [101, 1021, le scorpion dispose d’une irnmunitk de type <c inn6 j), sans memoire, comparable & celle des autres arthropodes.

n 2.3. Caractkristiques structurales et fonctionnelles des dkfensines de scorpion

- Les dbfensines de scorpions pos- &dent en commun avec les dbfensines d’invertgbr& connues & ce jour le motif consensus suivant & trois ponts disulfure :

1 -1 C-x-x-L [-I C-x-x-H-C [-I G-G-Y-C-x-x-K-x-x-C-x-C-

- Le motif consensus commun aux dkfensines et aux neurotoxines du venin de scorpion bloqueurs de canaux potassium repose essentiellement sur le nombre et les positions relatives des ponts disulfure, en plus desquels on releve une gly- tine conservke :

-ICI- I c-x-x-x c [ -1 c-x-c-

227

Cependant la buthinine, dont la sequence s’eloigne de celle des autres defensines, possede une similarite plus elevee avec les neurotoxines bloqueurs de canaux potassium : 45-50 % avec le groupe kaliotoxine-agitoxines, 35-40 % avec la CTX et l’iberiotoxine, 33 % avec la leiurotoxine et la toxine PO5 1351. - Les neurotoxines longues a et p actives sur les canaux sodium ont un pont disulfure supplementaire, mais les trois ponts disulfure presents dans les molecules precedentes y restent en position conservee [12]. En outre, les defensines possedent un motif -G-G-Y-C- qui se retrouve dans de nombreuses toxines p, ou sous la forme ecourtee -G-Y-C- dans la plupart des autres toxines longues, mais non dans les toxines bloqueurs de canaux potassium [18]. - L’etude de la structure tridimensionnelle fait apparaitre l’existence d’un motif CSaP commun aux neurotoxines longues et courtes et aux defensines. Ce motif (cysteine stabi- lized a-helix P-sheet) est caracterise par l’existence dune helice a cen- trale amphipathique reliee par deux ponts disulfure a un feuillet /3 a deux brins antiparalleles [12, 19, 73, 741. Le troisieme pont disulfure fixe la partie amino-terminale flexible sur le premier brin du feuillet j3 d’oh une structure rigidi- free et compacte qui offre une grande stabilite et une resistance parti- culiere aux proteases [14]. Ce motif se retrouve aussi dans les defensines de plantes [72]. - Lactivite antimicrobienne de la defensine de Leiurus quinquestriatus et de la defensine similaire d’An- droctonus australis s’exerce sur Micrococcus luteus mais non sur Escherichia coli. La buthinine est active sur ces deux germes l’un a Gram+, l’autre a Gram-. Aucun effet de ces molecules sur les canaux ioniques des cellules excitables ni plus generalement aucune cytotoxicite n’ont pu @tre mis en evidence.

228

n 2.4. Autres peptides antimicrobiens du scorpion

D’autres peptides antimicrobiens ont et6 identifies dans l’hemolymphe d’Androctonus australis. L’un d’eux, l’androctonine, a et6 sequence et synthetise [35]. L’androctonine, dont la sequence n’a aucune similarite avec celle des defensines hormis le motif -R-R-R- G-G- propre aux defensines de scorpion (absent toutefois de la buthinine), se caracterise par une sequence courte de vingt-cinq residus acides amines et deux ponts disulfure. Elle semblerait ainsi se rapprocher de l’apamine du venin d’abeille, neurotoxine bloqueur de canaux potassium calcium-dependants de type SK, qui compte dix- huit residus et deux ponts disulfure. En fait, on ne retrouve que le motif -C-x-x-x-C- commun non seulement aux neurotoxines du venin de scorpion, aux defensines et a l’apamine mais encore a divers neuropeptides neurotoxiques ou vaso-actifs tels que le peptide MDC (mast-cell degranulating) du venin d’abeille, les sarafotoxines du venin du serpent Atractaspis sp., les endothelines, mediateurs vaso- actifs physiologiques de structure tres similaire aux sarafotoxines. L’androctonine presente une similarite plus nette avec l’a-conotoxine SII du venin du gasteropode marin Conus striatus, neurotoxine de dix-neuf residus bloqueur des recepteurs nicotiniques de l’acetylcholine. Si cette neurotoxine compte trois ponts disulfure contraire- ment a l’androctonine (et aux autres neurotoxines de cone habi- tuellement a deux ponts disulfure), le nombre de residus d’acides amines situ&s entre les quatre cysteines communes est identique, et l’un des ponts disulfure est en m@me position. De plus, l’androctonine montre pour le recepteur nicoti- nique de l’acetylcholine de Torpedo sp. une affinite du m@me ordre de grandeur que celle de I’a-conotoxine SII [35]. L’activite antimicrobienne de l’androctonine est remarquable. Cette toxine possede une activite antibac-

terienne envers des batteries a Gram+ et a Gram-, mais aussi une nette activite antifongique, comparable a celle de certains peptides antimicrobiens d’arthropodes : a) thanatine de Podisus maculiventris (Hemiptere), b) drosomycine du diptere Drosophila melanogaster [74, 75, 851, c) tachyplesine et polyphe- musine de Merostomes (Arach- nides), a dix-sept et dix-huit residus acides amines et deux ponts disulfure en position identique provenant respectivement de Tachypleus tridentatus et Xiphosura (= Limulus) polyphemus [33]. L’androctonine apparait ainsi comme le premier exemple d’un peptide cir- culant ayant a la fois des proprietes antibacteriennes et neurotoxiques, avec cette curiosite : le venin de scorpion ne contient aucune neurotoxine postsynaptique connue a ce jour.

3. Discussion - Conclusion Les scorpions, predateurs carnivores, possedent dans leurs venins des toxines bloqueurs de canaux potassium capables de neutraliser des arthropodes, leurs proies habi- tuelles. Dans leur hemolymphe, cir- culent des peptides antimicrobiens de la famille des defensines, qui les protegent d’infections et de conta- minations bacteriennes. Morel [ 1011 a du reste souligne l’efficacite de leurs defenses antimicrobiennes. Toxines et defensines de scorpions possedent une m@me architecture de base, une sequence consensus a trois ponts disulfure en position conservee pour une chaine de trente a quarante residus acides amines. Avec une reelle economic de moyens, le scorpion a final&e des cibles precises (proies, agents bacteriens) a l’egard desquelles il est en mesure d’agir ou de reagir avec des moyens d’une extreme efficacite concourant a la survie de l’espece. On notera que les deux familles de molecules, neurotoxines et defensines, presentes dans l’organisme du scorpion de facon constitutive, ont un mode d’action apparent6 : les toxines


agissent en se fixant sur des recepteurs membranaires de cellules eucaryotes, neuronaux mais aussi extra-neuronaux, et en perturbant un flux ionique, les defensines agissent sur la membrane cytoplas- mique de la bacterie par un mecanisme dependant du potentiel, en y creant des pores et une fuite de potassium [17]. Les trois ponts disulfure, le motif commun C&P, conferent a ces molecules une structure compacte, capable de resister a l’action de proteases, par- ticulierement stable. L’hypothese d’un ancetre moleculaire commun aux neurotoxines et aux defensines a ete d’emblee proposee [18]. Cependant l’existence d’une difference genomique des sequences codantes n’est apparem- ment pas en sa faveur : les genes des neurotoxines sont composes d’exons et d’introns [9, 261, les genes des defensines d’insectes sont depourvus d’introns [Bl]. Lexistence recemment rapportee de deux neurotoxines longues a trois ponts disulfure, actives sur les canaux potassium, la toxine Aa TX KP d’Androctonus australis et la toxine Ts TX KP de Tityus serrulutus, presentant entre elles 61 % de similarite, et 42 % de similarite avec les defensines confirme bien en fait la parent6 des deux types de molecules [821 : la similitude avec les defensines se verifie pour les 38 acides amines comprenant les trois ponts sur lesquels l’alignement est opere. Ainsi, des peptides a structure de base commune peuvent presenter deux types d’activites differentes, exclusives l’une de l’autre, s’exer- cant soit au niveau des cellules eucaryotes soit au,niveau des cellules procaryotes. A cet egard, l’androctonine reste une molecule unique : differente des neurotoxines du venin de scorpion, elle possede une tres courte chaine a deux ponts disulfure comme l’apamine, bloqueur de canaux potassium du venin d’abeille. Ses deux ponts sont en position comparable a deux des trois ponts dune autre neurotoxine, une conotoxine d’effet

curarisant, l’a-conotoxine SII, et elle en a effectivement l’activite neurotoxique. Differentes des defensines, elle possede une activite antimicrobienne a large spectre. Ainsi apparait-elle comme une molecule de transition posse- dant la double fonction antibacte- rienne (primitivement detectee) et neurotoxique, dans un registre different, il est vrai, de la neuro- toxicite des bloqueurs de potassium. En s’attachant au nombre et surtout a la position des ponts disulfure sur lesquels s’operent les alignements, plus qu’a la longueur de la chaine peptidique, on peut distinguer trois sous-familles. a) Une sous-famille de tres courtes chaines, a deux ponts disulfure le plus souvent, a nombre de residus I 25 : on y trouve majoritaire- ment des neurotoxines ou des toxines neuromusculaires telles que l’apamine, l’a-conotoxine ST1 (l’exception a trois ponts), le peptide MCD du venin d’abeille, les sarafotoxines du venin de serpent Atrac- tuspis sp., celles-ci presentant une haute similarite avec des mediateurs vaso-actifs, les endothelines. Ces molecules ont en commun un motif, -C-x-x-x-C-, qui se retrouve egalement dans les neurotoxines bloqueurs de canaux sodium et potassium des venins de scorpion [134]. Un autre motif commun, -C-x-C-, situe a l’extremite N-terminale des neurotoxines de venin de scorpion se retrouve en position C-terminale dans les defensines. Le seul peptide antibacterien connu se rattachant a cette sous-famille est l’androctonine, qui en outre possede des proprietes neurotoxiques. b) Une sous-famille comprenant de courtes cha^mes (trente a quarante residus acides amines) et trois ponts disulfure, avec une sequence consensus et un motif CSaP communs. Elle rassemble des neurotoxines bloqueurs de canaux potassium et les peptides antimicrobiens de la categoric des defensines. Apparaissent, dans cette sous-famille, des neurotoxines bloqueurs de canaux potassium a quatre ponts


disulfure [63], sans peptide antibacterien correspondant actuellement connu, dune part, et d’autre part, des neurotoxines a chaine longue et a trois ponts disulfure ayant une grande similarite de sequence avec les defensines lorsque les trois ponts sont align&. Par la longueur de la chaine, celles-ci paraissent etablir un lien avec la sous-famille suivan- te. c) Une sous-famille, a chaine longue, de l’ordre de soixante-cinq residus acides amines et quatre ponts disulfure. Trois des positions des ponts disulfure et le motif CSaP sont communs avec la sous- famille precedente. Toutes sont des neurotoxines. On ne connait pas jusqu’a present de peptide antibacterien correspondant a cette structure. Au total, la fonction neurotoxique est presente dans chacune des sous-familles de peptides, alors que la fonction antimicrobienne ne se manifeste que pour les chaines courtes ou tres courtes. Le motif Csap, bien qu’il soit largement present, n’apparait indispensable a aucune des deux fonctions. Enfin, en depit de motifs structuraux ou sequentiels communs aux trois sous-familles, les defensines s’ap- parentent essentiellement aux neurotoxines bloqueurs de potassium. Si on considere la coexistence de fonctions antimicrobienne et neurotoxique a l’interieur de ces sous- groupes, on voit qu’elle n’existe que pour les molecules a deux ou trois ponts. On est ainsi conduit a penser que l’elaboration des neurotoxines et des defensines s’est faite d’un point de vue phylogenetique par developpement de la longueur de la chaine peptidique plutot que par reduction d’une longue molecule dont un noyau de base actif aurait et+ conserve pour les plus petites. A l’interieur de la deuxie- me sous-famille, d’autres classifica- tions ont ete suggerees [82]. Ainsi les neurotoxines de venin de scorpion et les defensines peuvent-elles @tre considerees comme apparte- nant a une m@me famille ayant eu primitivement, par leur action sur

229

la membrane cellulaire, un double effet neurotoxique et antimicrobien dont chaque composante s’est ensuite isolee. Leur structure de base commune d’une grande stabi- lit6 pourrait servir de point de depart pour la synthese de molecules auxquelles on confererait, par genie genetique, une nouvelle propriete prealablement choisie : ainsi peut-on envisager d’elargir les fonctions d’une famille de peptides naturels primitivement a double vocation [33,129]. L’economie de moyens dont le scorpion fait preuve pour differen- tier des cibles diversifiees a partir d’un meme schema moleculaire, deja signalee dans d’autres exemples cornparables [115], pourrait @tre a la base du caractere pan- chronique d’un animal apte a s’adapter sans changement structu- rel ou metabolique fondamental aux pressions de selection.

Fkiftirences [l] Abia A., Lobaton C.D., Moreno A., Garcia-

Calvo J., Leiurus quinquestriutus venom inhibits different kinds of Ca++-dependent Kf channel, Biochim.Biophys. Acta 856 (1986) 403407.

[2] Adjadj E., Naudat V., Quiniou E., Wouters D., Sautiere I’., Craescu C.T., Solution structure of Lqh 8/6, a toxin-like peptide from a scorpion venom. Structural heterogeneity induced by proline cis- trans isomerization, Eur. J. Biochem. 246 (1997) 218-217.

[3] Altamirano F., Algunas observaciones fisiologicas sobre 10s efectos de la pon- zona de1 alacran de Jojutla, Mem. Sot. Cient. Antonio Alzate Mex. 14 (1899) 327-330.

[4] Anglade F., Ricordel I., Goyffon M., Don- &es spectroscopiques sur la fluorescence de la cuticule de scorpion, Bull. Sot. eur. Arachnol. HS 1 (1990) 59.

[5] Arantes E.C., Neto F.R., Sampaio S.V., Vieira CA., Giglio J.R., Isolation and characterization of TsTX-V, a new neurotoxin from Tityus serrulatus scorpion venom which delays the inactivation of Naf channels, Biochim. Biophys. Acta 1199 (1994) 69-75.

[6] Arthus M., Recherches experimentales sur le venin de Buthus quinquestriutus, C.R. Acad. Sci. 156 (1913) 12561258.

171 Asano M., Masuzawa-Ito K., Matsuda T., Suzuki Y., Oyama H., Shibuya M., Sugi- ta K., Functional role of charybdotoxin-

230

@I

sensitive K+ channels in the resting state of dog basilar artery, J. Autonom. Nerv. Syst. 49 (1994) S151S155.

Barhanin J., Giglio J.R., Leopold I?, Schmid A., Sampaio S.V., Lazdunski M., Tityus serrulutus venom contains two classes of toxins, J. Biol. Chem. 257 (1982112553-12558.

[9] Becerril B., Corona M., Mejia M.C., Martin B.M., Lucas S., Bolivar F., Possani L.D., The genomic region encoding toxin gamma from the scorpion Tityus serrulatus contains an intron, FEBS Lett. 335 (1993) 6-8.

[lo] Bert P., Contribution a l’etude des venins (venins de scorpion), C.R. Sot. Biol. 17 (1865) 136137.

[ll] Bert l?, Venin du scorpion, C.R. Sot. Biol. 27 (1885) 574-575.

[12] Bontems F., Roumestand C., Boyot I?, Gilquin B., Doljansky Y., Menez A., Toma F., Three-dimensional structure of natural charybdotoxin in aqueous solution by IH-NMR. Charybdotoxin pos- sesses a structural motif found in other scorpion toxins, Eur. J. Biochem. 196 (1991) 19-28.

[13] Bontems F., Roumestand C., Gilquin B, Menez A., Toma F., Refined stucture of charybdotoxin: common motifs in scorpion toxins and insect defensins, Science 254 (1991) 1521-1523.

[14] Bulet I?, Les peptides antimicrobiens de la drosophile, Med. Sci. 15 (1999123-29.

1151 Carbone E., Wanke E., Prestipino G., POS-

sani L.D., Haelicke A., Selective blocka- ge of voltage-dependent K+ channels by a novel scorpion toxin, Nature 296 (1982) 90-91.

[16] Charlet M., Chernysh S., Philippe H., H&u C., Hoffmann J., Bulet I’., Innate immunity. Isolation of several cystein- rich antimicrobial peptides from the blood of a mollusc, Mytilus edulis, J. Biol. Chem. 271 (1996) 21808-21813.

[17] Cociancich S., Ghazi A., Hetru C., Hoff- mann J.A., Letellier L., Insect defensin, an inducible antibacterial peptide, forms voltage-dependent channels in Micrococcus luteus, J. Biol. Chem. 268 (1993) 19239-19245.

[18] Cociancich S., Goyffon M., Bontems F., Bulet P., Bouet E, Menez A., Hoffmann J., Purification and characterization of a scorpion defensin, a 4 kDa antibacterial peptide presenting sructural similarities with insect defensins and scorpion toxins, Biochem. Biophys. Res. Commu- nit., 194 (1993) 17-22.

[19] Comet B., Bonmatin J.M., H&u C., Hoff- mann J.A., Ptak M., Vovelle F., Refined three-dimensional solution structure of insect defensin A, Structure 3 (19951 435448.

[20] Couraud F., Jover E., Dubois J.M., Rochat H., Two types of scorpion toxin receptor

sites, one related to the activation, the other to the inactivation of the action potential sodium channel, Toxicon 20 (1982) 9-16.

[21] Couraud F., Van Rietschoten J., Les toxines de scorpions : un exemple d’utilisation des secretions venimeuses, Bio- chimie 64 (1982) 5-8.

[22] Crest M., Jacquet G., Gola M., Zerrouk H., Benslimane A., Rochat H., Mansuel- le I?, Martin-Eauclaire M.F., Kaliotoxin, a novel peptidyl inhibitor of neuronal BK-type Ca++-activated K+ channels characterized from Androcfonus mauretanicus mauretanicus venom, J. Biol. Chem. 267 (1992) 1640-1647.

[23] Darbon H., Scorpion neurotoxin: a molecular model of interaction with the voltage-dependent sodium channel, in : Zaidi M., Abbasi M., Smith W. (ed.1, Pro- tein structure-function, TWEL Publ., 1990, pp.169-181.

[24] Darbon H., Zlotkin E., Kopeyan C., Van Rietschoten J., Rochat H., Covalent structure of the insect toxin of the North African scorpion Androctonus australis hector, Int. J. Peptide Protein Res. 20 (1982) 320-330.

[25] De Dianous S., Hoarau F., Rochat H., Re- examination of the specificity of the scorpion Androctonus austrulis hector insect toxin towards arthropods, Toxi- con 25 (1987) 411417.

[26] Delabre M.L., Pasero I?, Marilley M., Bougis P, Promoter structure and intron-exon organization of a scorpion cc-toxin gene, Biochemistry 34 (1995) 6729-6736.

]27] Delepierre M., Prochnicka-Chalufour A., Possani L.D., IH-NMR structural analysis of novel potassium blocking toxins using a nano-NMR probe, Toxicon 36 (1998) 1599-1608.

1281 De Lima M.E., Martin M.F., Diniz C.R., Rochat H., Tityus serrulutus toxin Ts VII bears pharmacological properties of both B-toxin and insect-toxin from scorpion venom, Biochem. Biophys. Res. Commun. 139 (1986) 296-302.

[29] Delori P., Van Rietschoten J., Rochat H., Scorpion venoms and neurotoxins: an immunological study, Toxicon 19 (1981) 393407.

[30] Del Pozo E.C., Anguiano L.G., Acciones de1 veleno de alacran sobre la actividad motora de1 musculo e&ado, Rev. Inst. Salubr. Enferm. Trop. 8 (1947) 231-263.

[31] Diniz C.R., Goncalves J.M., Some clinical and pharmacological properties of Bra- zilian scorpion venoms, in : Buckley E., Forges N. fed.1 Venoms, Am. Assoc. Adv. Sci. Washington 44 (1956) 131-139.

[32] Drakopoulou E., Cotton J., Virelizier H., Bemardi E., Schoofs A.R., Partiseti M., Choquet D., Gurrola G., Possani L.D., Vita C., Chemical synthesis, structural


and functional characterisation of noxiustoxin, a powerful blocker of lym- phocyte voltage-dependent K+ channels, Biochem. Biophys. Res. Commu- nit. 213 (1995) 901-907.

1331 Drakopoulou E., Zinn-Justin S., Guen- neugues M., Gilquin B., MCnez A., Vita C., Changing the structural context of a functional &hairpin. Synthesis and characterization of a chimera containing the curarimimetic loop of a snake toxin in the scorpion CL / B scaffold, J. Biol. Chem. 271 (1996) 11979-11987.

1341 Dreyer E, Peptide toxins and potassium channels, Rev. Physiol. Biochem. Phar- macol. 115 (1990) 94-136.

1351 Ehret-Sabatier L., Loew D., Goyffon M., Fehlbaum P., Hoffmann J.A., Van Dors- selaer A., Bulet P., Characterization of novel cysteine-rich antimicrobial peptides from scorpion blood, J. Biol. Chem. 271(1996) 29537-29544.

1361 El Ayeb M., Delori P., Immunology and immunochemistry of scorpion neurotoxins, in : Tu A.T. @d.), Handbook of natural toxins, Marcel Dekker Inc., New York, 2,1984, pp.607-638.

1371 Fourquet P, Bahraoui E., Fontecilla- Camps J.C., Van Rietschoten J., Rochat H., Granier C., Immunochemistry of scorpion toxins, Int. J. Peptide Protein Res. 32 (1988) 8188.

1381 Garcia C., Becerril B., Selisko B., Dele- Pierre M., Possani L., Isolation, characterization and comparison of a novel crustacean toxin with a mammalian toxin from the venom of the scorpion Centru- r&es noxius Hoffmann, Comp. Bio- them. Physiol. 116B (1997) 315-322.

1391 Garcia M.L., Garcia-Calvo M., Hidalgo P, Lee A., MacKinnon R., Purification and characterization of three inhibitors of voltage-dependent K+ channels from Leiurus quinquestriutus var. hebrzus venom, Biochemistry 33 (1994) 6384-6389.

1401 Garcia M.L., Hanner M., Knaus H.G., Koch R., Schmalhofer W., Slaughter R.S., Kaczorowski GJ., Pharmacology of potassium channels, Adv. Pharmacol. 39 (1997) 425-471.

1411 Garcia M.L., Knaus H.G., Manujos P., Slaughter R.S., Kaczorowski G.J., Cha- rybdotoxin and its effects on potassium channels, Am. J. Physiol. 269 (1995) Cl-ClO.

1421 Garcia-Calve M., Leonard R.J., Novick J., Stevens SE, Schmalhofer W., Kaczo- rowski G.J., Garcia M.L., Purification, characterization and biosynthesis of margatoxin, a component of Centru- roides marguritutus venom that selective- ly inhibits voltage-dependent potassium channels, J. Biol. Chem. 268 (1993) 18866-18874.

1431 Giangiacomo K.M., Sugg E.E., Garcia- Calvo M., Leonard R.J., McMannus O.B., Kaczorowski G.J., Garcia M.L., Synthetic charybdotoxin-iberiotoxin chimeric peptides define toxin binding sites on calcium-activated and voltage- dependent potassium channels, Bioche- mistry 32 (1993) 2363-2370.

1441 Gordon D., Sodium channels as targets for neurotoxins. Mode of action and interaction of neurotoxins with receptor sites on sodium channels, in : Gutman Y., Lazamwici I?, fed.), Toxins and signal transduction, Harwood AcadPubl., Amsterdam, 1997, pp.119-149.

1451 Gordon D., Jover E., Couraud F., Zlotkin E., The binding site of the insect selective neurotoxin (AaIT) from scorpion venom locust synaptosomal membrane, Biochim. Biophys. Acta 778 (1984) 349-358.

[461 Gordon D., Martin-Eauclaire M.F., Ceste- le S., Kopeyan C., Carlier E., Ben Khalifa R., Pelhate M., Rochat H., Scorpion toxins affecting sodium current inactivation bind to distinct homologous receptor sites on rat brain and insect sodium channel, J. Biol. Chem. 271 (1996) 8034-8045.

1471 Goyffon M., La radioresistance naturelle des scorpions, Image 57 (1973) 27-32.

1481 Goyffon M., I’anchronisme et resistance aux agressions de l’environnement chez les scorpions, Bull. Sot. Zool. Fr. 118 (1983)585-592.

1491 Goyffon M., Heurtault J., La fonction venimeuse, Masson, Paris, 1995.

1501 Granier C., Novotny J., Fontecilla-Camps J.C., Fourquet l?, El Ayeb M., Bahraoui M., The antigenic structure of a scorpion toxin, Molec. Immunol. 26 (1989) 503-513.

1511 Guatimosim S.C., Prado V.F., Diniz C.R., Chavez-Olortegui C., Kalapothakis E., Molecular cloning and genomic analysis of TsNTxp: an immunogenic protein from Tityus serrulutus scorpion venom, Toxicon 37 (1999) 507-517.

1521 Gurrola G.B., Molina-Rode R., Sitges M., Bayon A., Possani L.D., Synthetic peptides corresponding to the sequence of noxiustoxin indicate that the active site of this K+ channel blocker is located on its amino-terminal portion, J. Neural. Transm. 77 (1989) 11-20.

1531 Gysin J., Brahmi Z., Mise en evidence de cellules productrices d’anticorps Mmo- lytiques chez le scorpion Androctonus uustralis hector, C.R. Acad. Sci. Paris 273 (1971) 1175-1177.

[54J Hadley N.F., Adaptational biology of desert scorpions, J. Arachnol. 2 (1974) 11-23.

[55] Hetru C., Bulet l?, Strategies for the isolation and characterization of antimicrobial peptides of invertebrates, in :


Shafer W.M. (ed.), Methods in Molecu- lar Biology: Antibacterial Protocols, Humana Press Inc., Totowa, USA, 78 (1997) 35-49.

1561 Hoffmann J.A., Dimarcq J.L., Bulet P., Les peptides antibacteriens inductibles des insectes, Med. Sci. 8 (1992) 432439.

1571 Houssay B.A., Action physiologique du venin de scorpion (&thus quinquestriatus et Tityus bahiensis), J. Physiol. Pathol. gen. 18 (1919) 305317.

1581 Huyart N., Calvayrac R., Briand J., Goyf- fon M., Vuillaume M., Catalatic properties of hemocyanin in helping account for the scorpion’s radioresistance, Comp. Biochem. Physiol. 46B (1983) 153-159.

1591 Jeram A.J., The micropalaeontology of paleaozoic scorpions, these doct. sci., Manchester, Royaume-Uni, 1989.

1601 Jover E., Couraud F., Rochat H., Two

[611

[621

1631

ra

WI

1661

WI

-VP es of scorpion neurotoxins characterized by their binding to two separate receptor sites on rat brain synapto- somes, Biochem. Biophys. Res. Com- mun. 95 (1980) 1607-1614. Junqua C., Vachon M., Les arachnides venimeux et leurs venins. l&at actuel des recherches, Acad. Roy. Sci. Chum-mer 17 (1968) l-136 Kharrat R., Darbon H., Rochat H., Gra- nier C., Sructure/activity relationships of scorpion alpha-toxins. Multiple resi- dues contribute to the interaction with receptors, Eur. J. Biochem. 181 (1989) 381-390. Kharrat R., Mabrouk K., Crest M., Dar- bon H., Oughidem R., Martin-Eauclaire ME, Jacquet G., El Ayeb M., Van Riet- schoten J., Rochat H., Sabatier J.M., Che- mical synthesis and characterization of maurotoxin, a short scorpion toxin with four disulfide bridges that acts on Kf channels, Eur. J. Biochem. 242 (1996) 491-498. Kharrat R., Mansuelle l?, Sampieri E, Crest M., Oughideni R., Van Rietschoten J., Martin-Eauclaire M.F., Rochat H., El Ayeb M., Maurotoxin, a four disulfide bridge toxin from Scorpio tnaurus venom: purification, structure and action on potassium channels, FEBS Lett. 406 (1997) 184-190. Kjellesving-Waering E.N., A restudy of the fossil Scorpionida of the world, Palaeont. Amer. 55 (1986) l-293. Kopeyan C., Mansuelle P., Martin-Eau- Claire ME, Rochat H., Miranda E, Cha- racterization of toxin III of the scorpion Leiurus quinquestriatus quinquestriatus: a new type of alpha-toxin highly toxic both to mammals and insects, Nat. Toxins 1 (1993) 308-312. Kopeyan C., Mansuelle P., Sampieri F., Brando T., Bahraoui E.M., Rochat H., Granier C., Primary structure of scor-

231

pion anti-insect toxins isolated from the venom of Leiurus quinquestriatus quinquestriatus, FEBS Lett. 261 (1990) 423426.

[68] Kopeyan C., Martinez G., Lissitzky S., Miranda F., Rochat H., Disulfide bonds of toxin II of the scorpion Androctonus australis hector, Eur. J. Biochem. 47 (1974) 483489.

1691 Koschak A., Bugianesi R.M., Mitterdor- fer J., Kaczorowski G.J., Garcia M.L., Knaus H.G., Subunit composition of brain voltage-gated potassium channels determined by hongotoxin-1, a novel peptide derived from Centruroides limba- tus venom, J. Biol. Chem. 273 (1998) 2639-2644.

[70] Kubota S., An experimental study of the venom of the Manchourian scorpion, J. Pharmacol. 11 (1918) 379-388.

[71] Lambert I’., Kuroda H., Chino N., Wata- nabe T.X., Kimura T., Sakakibara S., Solution synthesis of charybdotoxin (CTX), a K+ channel blocker, Biochem. Biophys. Res. Communic. 170 (1990) 684-690.

(721 Landon C., Determination de la structure tridimensionnelle dune toxine de scorpion et dune proteine de defense d’insecte par resonance magnetique nucleaire et modelisation moleculaire, these doct. sci., Orleans, 1997.

1731 Landon C., Comet B., Bonmatin J.M., Kopeyan C., Rochat H., Vovelle F., Ptak M., IH-NMR-derived secondary structure and the overall fold of the potent anti-mammal and the anti-insect toxin III from the scorpion Leiurus quinquestriatus quinquestriatus, Eur. J. Biochem. 236 (1996)395-404.

[74] Landon C., Spdano I?, Bonmatin J.M., Kopeyan C., Rochat H., Vovelle F., Ptak M., Refined structure of the anti-mammal and the anti-insect Lqq III scorpion toxin: comparison with other scorpion toxins, Proteins: struct. funct. gen. 28 (1997)360-374.

1751 Landon C., Sodano P., H&u C., Hoff- mann J.A., Ptak M., Solution structure of drosomycin, the first antifungal protein from insects, Protein Sci. 6 (1997) 1878-1884.

1761 Laraba-Djebari F., Legros C., Crest M., CCard B., Romi R., Mansuelle P., Jacquet G., Van Rietschoten J., Gola M., Rochat H., Bougis I?, Martin-Eauclaire ME, The kaliotoxin family enlarged. Purification, characterization and precursor nucleoti- de sequence of K’IX2 from Androctonus australis venom, J. Biol. Chem. 269 (1994) 32835-32843.

1771 Laurent F., Michel A., Bonnet PA., Bom- part J., Chapat Jl?, Boucard M., Effets de toxines, apamine, charybdotoxine et iberiotoxine sur la relaxation de la fibre musculaire lisse induite par un derive

232

de l’imidazo(l,2-a) apyrazine, C.R. Sot. Biol. 187 (1993) 526-535.

[78] Lawrence RF., Fluorescence in Arthro- poda, J. Ent. Sot. S. Africa 17 (1954) 167-170.

[79] Lebreton F., Delepierre M., Ramirez A., Balderas C., Possani L.D., Primary and NMR-three dimensional structure determination of a novel crustacean toxin from the venom of the scorpion Centruroides limpidus limpidus Karsch, Biochemistry 33 (1994) 11135-11149.

[80] Lebrun B., Romi-Lebrun R., Martin-Eau- Claire M.F., Yassuda A., Ishiguro M., Oyama Y., Pongs O., Nakajima T., A four disulfide-bridged toxin, with high affinity towards voltage-gated K+ channels, isolated from Heterometrus spinni- fer (Scorpionidae) venom, Biochem. J. 328(1997)321-327.

[81] Legros C., Bougis I’., Martin-Eauclaire M.F., Genomic organization of the KTX2 gene, encoding a c< short *) scorpion toxin active on Kf channels, FEBS Lett. 402 (1997) 45-49.

[82] Legros C., Ceard B., Bougis l?, Martin- Eauclaire M.F., Evidence for a new class of scorpion toxins active against K+ channels, FEBS Lett. 431 (1998) 375-380.

[83] Legros C., Martin-Eauclaire M.F., Les toxines de scorpions, C.R. Sot. Biol: 191 (1997) 345380.

[84] Loret E., Martin-Eauclaire M.F., Man- suelle l?, Sampieri F., Granier C,., Rochat H., An anti-insect toxin purified from the scorpion Andractonus australis hector also acts on the CL- and p-sites of the mammalian sodium channels: sequence and circular dichroism study, Bioche- mistry 30 (1991) 633-640.

[85] Mandard N., Sodano I’., Labbe H., Bon- matin J.M., Bulet I’., H&u C., Ptak M., Vovelle F., Solution structure of thana- tin, a potent bactericidal and fungicidal insect peptide, determined from proton two-dimensional nuclear magnetic resonance data, Eur. J. Biochem. 256 (1998) 404410.

[86] Martin M.F., Rochat H., Purification of thirteen toxins active on mice from the venom of the North African scorpion Buthus occitanus tunetanus, Toxicon 22 (1984) 279-291.

1871 Martin M.F., Rochat H., Marchot I’., Bou- gis P.E., Use of high performance liquid chromatography to demonstrate quan- titative variation in components of venom from the scorpion Androctonus australis hector, Toxicon 25 (1987) 569-573.

I881 Martin-Eauclaire ME, Couraud F., Scor- pion neurotoxins: effects and mecha- nisms, in : Chang L.W., Dyer R.S. f&l.), Handbook of Neurotoxicology, Marcel Dekker Inc., New York, 1995, pp.683-716.

[89] Menez A., Dauplais M., The diversity of toxins in scorpion venoms, Science Spectra 8 (1997144-50.

[90] Miller C., The charybdotoxin family of Kf channel-blocking peptides, Neuron 15 (1995) 5-10.

1911 Miller C., Moczydlowski E., Latorre R., Phillips M., Charybdotoxin, a protein inhibitor of single Ca++-activated Kf channels from mammalian skeletal muscle, Nature 313 (1985) 316-318.

1921 Millot J., Vachon M., Ordre des Scor- pions, in : Gras& PP. (ed.), Trait6 de Zoologie, 6, Masson, Paris, 1949, pp. 386-436.

[93] Miranda E, Purification et caracterisa- tion des neurotoxines des venins de scorpions (scorpamines), these doct. sci., Aix-Marseille, 1964.

[94] Miranda F., Kopeyan C., Rochat H., Rochat C., Lissitzky S., Purification of animal neurotoxins. Isolation and characterisation of eleven nemotoxins from the venom of the scorpions Androctonus australis hector, Buthus occifanus tunetanus and Leiurus quinquestriatus quinquestriatus, Eur. J. Biochem. 16 (1970) 514-523.

1951 Miranda F., Lissitzky S., Scorpamins: the toxic proteins of scorpion venoms, Nature 190 (1961) 443444.

[96] Miranda F., Rochat H., Lissitzky S., Sur la neurotoxine du venin des scorpions. I. Purification a partir du venin de deux especes de scorpions, Bull. Sot. Chim. Biol. 42 (1960) 379-391.

[97] Miranda F., Rochat H., Lissitzky S., Sur les neurotoxines de deux especes de scorpions nord-africaines. I - Purifica- tion des neurotoxines (scorpamines) d’Androctonus australis (L.) et de Buthus occitanus (Am.), Toxicon 2 (1964) 5169.

1981 Miranda E, Rochat H., Lissitzky S., Sur les neurotoxines de deux especes de scorpions nord-africaines. II - Prop&t& des neurotoxines (scorpamines) d’An- droctonus australis (L.) et de Buthus occitanus (Am.), Toxicon 2 (1964) 113-121.

1991 Miranda F., Rochat H., Lissitzky S., Sur les neurotoxines de deux especes de scorpions nord-africaines. III - Determi- nations preliminaires aux etudes de structure sur les neurotoxines (scorpamines) d’Androcfonus australis CL.1 et de Buthus occitanus (Am.), Toxicon 2 (19641 123-138.

[lOOI Miranda F., Rochat H., Rochat C., Lis- sitzky S., Essais de purification des neurotoxines du venin d’un scorpion d’Am&ique du Sud (Tityus serrulatus L. et M.) par des methodes chromatogra- phiques, Toxicon 4 (1966) 145-152.

[loll Morel G., Recherches sur l’action de batteries entomopathogenes chez le scorpion Buthus occitanus (Am.), these doct. sci., Montpellier, 1972.


11021 Morel G., Etude de l’action de Bacillus thuringiensis chez le scorpion Buthus occitunus, Entomophaga 19 (1974) 8595.

[lo31 Moskovitz H., Herrmann R., Jones A.D., Hammock B.D., A depressant insect- selective toxin analog from the venom of the scorpion Leiurus quinquestriutus hebmus, Eur. J. Biochem. 254 (1998) 44-49.

I1041 Novello J.C., Arantes E.C., Varanda W.A., Oliveira B., Giglio J.R., Marango- ni S., TsTX-IV, a short chain four-disulfide bridged neurotoxin from Tityus serrulutus venom which acts on Ca++- activated K+ channels, Toxicon 37 (1999) 651-660.

11051 Olamendi-Portugal T., Gomez-Lagunas E, Gurrola G.B., Possani L.D., A novel structural class of K+ channel blocking toxin from the scorpion Pandinus imperator, Biochem. J. 315 (1996) 977-981.

11061 Olamendi-Portugal T., Gomez-Lagu- nas F., Gurrola G.B., Possani L.D., Two similar peptides from the venom of the scorpion Pandinus imperator, one highly effective blocker and the other inactive on K+ channels, Toxicon 36 (1998) 759-770.

11071 Park C.S., Hausdorff S.F., Miller C., Design, synthesis and functional expression of a gene for charybdotoxin, a peptide blocker of K+ channels, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88 (1991) 2046-2050.

11081 Pattus F., Les armes peptidiques de la defense anti-microbienne : un champ d’investigation en pleine expansion, Med. Sci. 8 (1992) 420-422.

11091 Pavan M., Presenza e distribuzione di una sostanza fluorescente nel tegumen- to degli scorpioni, Boll. Sot. ital. Biol. sper. 30 (1954) 801803.

11101 Pavan M., Vachon M., Sur l’existence d’une substance fluorescente dans les teguments des scorpions (Arachnides) C. R. Acad. Sci. Paris. 239 (1954) 1700-1702.

11111 Pelhate M., Zlotkin E., Actions of insect toxins and other toxins derived from the venom of the scorpion Androctonus austraIis on isolated giant axons of the cockroach Periplaneta americana, J. Exp. Biol. 97 (1982) 67-97.

11121 Phisalix C., Varigny H. de, Recherches experimentales sur le venin du scorpion (Buthus austrulis), Bull. Mus. Hist. Nat. 2 (1896) 67-73.

[1131 Possani L.D., Martin B.M., Svendsen I., The primary structure of noxiustoxin: a Kf channel blocking peptide purified from the venom of the scorpion Centru- roides noxius Hoffmann, Carlsberg Res. Commun. 47 (1982) 285-289.

[114] Pussard R., La chenille verte velue de la lavande, Rev. Zool. agr. appl. 38 (1939) l-11.

11151 Qu&nnec E., Gardes-Albert M., Goyf- fon M., Ferradini C., Vuillaume M., Anti-oxidant activity of hemocyanin, a pulse radiolysis study, Biochim. Bio- phys. Acta, 1041 (1991) 153-159.

Ill61 Rochat C., Rochat H., Miranda F., Lis- sitzky S., Purification and some properties of the neurotoxins of Androctonus australis hector, Biochemistry 6 (1967) 578-585.

[1171 Rochat H., Bernard I’., Couraud F., Scor- pions toxins: chemistry and mode of action, Adv. Cytophannacol. 3 (1979) 325-334.

ill81 Rochat H., Kharrat R., Sabatier J.M., MansuelIe I’., Crest M., Martin-Eaudaire M.F., Sampieri F., Oughideni R., Mabrouk K., Jacquet G., Van Rietschoten J., El Ayeb M., Maurotoxin, a four disulfide bridges scorpion toxin acting on K+ channels, Toxicon 36 (1998) 1609-1611.

11191 Rochat H., Rochat C., Kupeyan C., Miranda F., Lissitzky S., Edman I?, Scor- pions: a family of homologous proteins, FEBS Lett. 10 (1970) 349-351.

[12OJ Sabatier J.M., Fremont V., Mabrouk K., Crest M., Darbon H., Rochat H., Van Rietschoten J., Martin-Eauclaire ME., Leiurotoxin I, a scorpion toxin specific for Ca++-activated K+ channels: structure-activity analysis using synthetic analogs, Int. J. Peptide Protein Res. 43 (1994) 486-495.

11211 Sabatier J.M., Zerrouk H., Darbon H., Mabrouk K., Benslimane A., Rochat H., Martin-Eauclaire M.F., Van Rietschoten J., P05, a new leiurotoxin I-like scorpion toxin: synthesis and structure activity relationships of the a-amidated analog, a ligand of Ca++-activated K+ channels with increased affinity, Biochemistry 32 (1993) 27632770.

11221 Sautiere I’., Cestele S., Kopeyan C., Mar- tinage A., Drobecq H., Doljansky Y., Gordon D., New toxins acting on sodium channels from the scorpion Leiurus quinquestriatus hebrzus suggest a clue to mammalian vs insect selectivity, Toxicon 36 (1998) 1141-1154.

11231 S&ted M.E., Harvig S.L.S., Ganz T., Schilling J.W., Lehrer RI., Primary structure of three human neutrophil defensins, J. Clin. Invest. 76 (1985) 1436-1439.

[1241 Shulov A., The venom of the scorpion Buthus quinquestriutus and the prepara- tion of an antiserum, Trans. Roy Sot. Trop. Med. Hyg. 33 (19391253-256.

11251 Steiner H., Hultmark D., Engstrom A., Bennich H., Boman H.G., Sequence and specificity of two antibacterial proteins involved in insect immunity, Nature 292 (1981) 246-248.

11261 Sugg E.E., Garcia M.L., Reuben Jl?, Pat- chett A.A., Kaczorowski G.J., Synthesis and structural characterization of charybdotoxin, a potent peptidyl inhibitor


of the high conductance Ca++-activated Kf channel, J. Biol. Chem. 265 (1990) 18745-18748.

[127J Vachon M., Etudes sur les scorpions, Institut Pasteur d’Alger, Alger, 1952.

11281 Vachon M., Notes biologiques sur quelques scorpions en captivite, Bull. Mus. Natl. Hist. Nat. 29 (1957) 83-87.

11291 Vita C., Roumestand C., Toma F., Menez A., Scorpion toxins as natural scaffolds for protein engineering, Proc. natl. Acad. Sci. USA 92 (1995) 6404-6408.

11301 Wang X., Inukai T., Greer M.A., Greer S.E., Evidence that Ca++-activated K+ channels participate in the regulation of pituitary prolactin secretion, Brain Res. 662 (1994) 83-87.

11311 Werkman T.R., Gustafson T.A., Rogowski R.S., Blaustein Ml?, Rogaws- ki M.A., Tityustoxin Ka, a structurally novel and highly potent K+ channel peptide toxin, interacts with the cc-den- drotoxin binding site on the cloned Kvl- 2 K+ channel, Mol. Pharmacol. 44 (1993) 430-436.

[1321 Wilson W.H., The physiological action of the scorpion venom, Proc. Physiol. Sot. 29 (1904) 4849.

11331 Wolff D., Cecchi X., Spalvins A., Canes- sa M., Charybdotoxin blocks with high affinity the Ca++-activated K+ channel of Hb A and Hb S red cells: individual differences in the number of channels, J. Membr. Biol. 106 (1988) 243-252.

11341 Yanagisawa M., Kurihara H., Kimura S., Tomobe Y., Kobayashi M., Mitsui Y., Yasaki Y., Goto K., Masaki T., A novel potent vasoconstrictor peptide produ- ced by vascular endothelial cells, Nature 332 (1988) 411-415.

11351 Zerrouk H., Mansuelle P., Benslimane A., Rochat H., Martin-Eauclaire ME., Characterization of a new leiurotoxin I- like scorpion toxin, FEBS Lett. 320 (1993) 189-192.

[1361 Zlotkin E., Gurevitz M., Fowler E., Adams M.E., Depressant insect selective neurotoxins from scorpion venom: chemistry, action and gene cloning, Arch. Insect B&hem. Physiol. 22 (1993) 55-73.

11371 Zlotkin E., Kadouri D., Gordon D., Pel- hate M., Martin ME, Rochat H., An excitatory and a depressant insect toxin from scorpion venom both affect sodium conductance and possess a common binding site, Arch. Biochem. Bio- phys. 240 (1985) 877-887.

[138] Zlotkin E., Miranda E, Lissitzky S., Pro- teins in scorpion venoms toxic to mammal and insects, Toxicon 10 (1972) 207-209.

11391 Zlotkin E., Miranda E, Lissitzky S., A factor toxic to crustacean in the venom of the scorpion Androctonus australis hector, Toxicon 10 (1972) 211-216.

233

Venins et défensines des scorpions

Documents

Transcript of Venins et défensines des scorpions