Probing the conformational flexibility of the Munc18-1/Syntaxin-1a complex


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PhD thesis: a PhD thesis.
Probing the conformational flexibility of the Munc18-1/Syntaxin-1a complex
Stefani Ioanna
Fasshauer Dirk
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Publication state
Issued date
Munc18-1, a protein of the Sec1/Munc18-1 (SM) protein family, is interacting with high affinity with Syntaxin-1a, a neuronal SNARE protein. Neuronal SNARE proteins constitute the core machinery that drives the fusion of neurotransmitter-loaded synaptic vesicles with the plasma membrane. The tight interaction between Munc18-1 and Syntaxin-1a controls neurotransmitter release. However, biochemically this interaction inhibits SNARE complex formation, because Syntaxin-1a is locked in a closed conformation by Munc18-1. In this conformation, the SNARE domain of Syntaxin-1a is bound inside the central cavity of Munc18-1. It remains unclear whether Syntaxin-1a must leave the tight grip of Munc18-1 to adopt an open conformation that can then assemble into a SNARE complex or, whether, Munc18-1 remains bound, renders Syntaxin-1a open and by this facilitates SNARE complex formation. The latter scenario implies that the Munc18- 1/Syntaxin-1a complex must be able to undergo conformational changes, a notion that is supported by Syntaxin-1a mutations that bypass the inhibitory activity of Munc18-1. Such changes might be triggered by additional factors such as Munc13 or induced by post-translational modifications. However, the mechanism of the conformational changes of the Munc18-1/Syntaxin-1a complex have remained elusive so far. To shed more light on these putative conformational changes, I have investigated the effects of several point mutations in Syntaxin-1a on its interaction with Munc18-1 using biochemical and biophysical approaches. I also examined whether these mutations can bypass the inhibition of SNARE complex formation that is exerted by Munc18-1. Lastly, I created a homologous 3D model which shows the structural changes during the conformational transitions. The results from this study suggest that Syntaxin-1a opensc up while in complex with Munc18-1.
Munc18-1, une protéine de la famille des Sec1/Munc18-1 (SM) protéines, se lie avec une grande affinité à Syntaxin-1a, une protéine qui appartient au complexe neuronal SNARE. Les protéines du complexe SNARE forment la machine principale qui permet la fusion des vésicules contenant le neurotransmetteur avec la membrane plasmique. L’interaction entre Munc18-1 et Syntaxin-1a contrôle le relâchement du neurotransmetteur. Cependant, biochimiquement, cette interaction inhibe la formation du complexe SNARE. Cela s’explique car Syntaxin-1a est bloquée en conformation fermée par Munc18-1. Dans cette conformation, le domaine SNARE de Syntaxin-1a est lié à l’intérieur de la cavité centrale de Munc18-1. Il n’est pas clair si Syntaxin-1a doit se détacher de Munc18-1 pour adopter une conformation ouverte permettant ensuite la formation du complexe SNARE, ou si Munc18-1 reste lié, rendant Syntaxin-1a ouvert et facilite ainsi la formation du complexe SNARE. Ce dernier scénario implique que le complexe Munc18-1/Syntaxin-1a doit être capable de subir des changements de conformation, ce qui est soutenu par les mutations de Syntaxin-1a qui contournent l'activité inhibitrice de Munc18-1. Ces changements pourraient être déclenchés par des facteurs tels que Munc13 ou induits par des modifications post-traductionnelles. Cependant, le mécanisme des changements de conformation du complexe Munc18-1/Syntaxin-1a est resté insaisissable jusqu'à présent. Afin d'éclaircir ces changements de conformation putatifs, j'ai étudié les effets, de manière biochimique et biophysique, de plusieurs mutations ponctuelles dans Syntaxin-1a qui changent son interaction avec Munc18-1. J'ai également examiné si ces mutations peuvent contourner l'inhibition de la formation du complexe SNARE qui est exercée par Munc18-1. Enfin, j'ai créé un modèle 3D homologue qui montre les changements structurels au cours des transitions de conformation. Les résultats de cette étude suggèrent que Syntaxin-1a s'ouvre lorsqu'elle est en complexe avec Munc18-1.
Create date
23/05/2022 8:55
Last modification date
14/06/2022 14:02
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