Les phobies sont souvent irrationnelles par nature, en particulier dans le cas des araignées, car ces créatures ont généralement plus peur des humains que l’inverse. Mais : certaines espèces sont une force avec laquelle il faut compter – par exemple, l’araignée Latrodectus, plus communément connue sous le nom de Black Widow. Il attrape sa proie en utilisant du venin – pour être précis, des latrotoxines (LaTX), une sous-classe de neurotoxines ou de poisons nerveux. Une morsure de Black Widow peut être fatale pour les humains.
La structure exacte du poison nerveux n’était pas claire auparavant, mais le professeur Christos Gatsogiannis de l’Institut de physique médicale et de biophysique de l’Université de Münster a étudié la substance – non seulement en raison de son caractère unique, mais également en vue d’éventuelles applications médicales. À l’aide de cryo-EM, et en collaboration avec d’anciens collègues de Gatsogiannis à l’Institut Max Planck de Dortmund et avec des chercheurs de l’Université Jacobs de Brême, l’équipe de chercheurs de Münster a réussi à expliquer la première structure d’une latrotoxine. Les conclusions de l’équipe ont maintenant été publiées dans le Communication Nature journal.
Les neurotoxines sont probablement connues de nombreux non-spécialistes – sous forme de botox, qui est souvent utilisé en chirurgie esthétique. Le poison de la Veuve Noire, cependant, a tout sauf un effet « embellisseur » : LaTX a été développé par la nature principalement pour immobiliser les insectes – ou simplement les tuer tout de suite. Au cours du processus, les toxines s’arriment à des récepteurs spécifiques à la surface des cellules nerveuses et provoquent la libération de neurotransmetteurs, par exemple via un canal calcique. En raison de l’afflux constant d’ions calcium dans la cellule, des émetteurs sont émis, ce qui entraîne des crises.
L’équipe a utilisé la cryomicroscopie électronique pour révéler les structures des toxines spécifiques aux insectes et aux crustacés (à droite) de la veuve noire (à gauche). Crédit : Photo : nickybay.com ; Figure : Équipe Gatsogiannis
Ce mécanisme est ce qui distingue les latrotoxines de toutes les autres variantes des toxines dites porogènes. «Malgré des études de grande envergure menées sur de nombreuses années, nous ne connaissions pas la structure de ces toxines», explique Gatsogiannis. “Pour cette raison, nous n’avons pas été en mesure de comprendre le mécanisme actif précis.”
L’aide a été fournie sous la forme de cryo-microscopie électronique, ou cryo-EM pour faire court. Grâce à cette méthode tridimensionnelle, les biomolécules peuvent désormais être « photographiées » jusqu’à la résolution atomique. Au cours du processus, les complexes protéiques dans l’éthane liquide sont congelés à moins 196 degrés, en quelques millisecondes, dans une fine couche de glace amorphe, une forme d’eau solide. Des centaines et des milliers d’images sont alors capturées qui montrent différentes vues des protéines et permettent ainsi de reconnaître la structure de la neurotoxine.
À l’aide de cryo-EM et en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Max Planck de Dortmund et de l’Université Jacobs de Brême, l’équipe de chercheurs de Münster a réussi à expliquer la première structure d’une latrotoxine. “La structure générale de LaTX est unique et est différente de toutes les manières possibles de toutes les autres toxines connues”, explique Gatsogiannis.
Les nouvelles connaissances sont fondamentales pour comprendre le mécanisme moléculaire de la famille LaTX, et elles ouvrent la voie à d’éventuelles applications médicales, ainsi qu’au développement d’un antidote efficace. De plus, ces informations sur les toxines spécifiques aux insectes pourraient ouvrir de nouvelles opportunités pour les pesticides. Pour les recherches futures, cependant, il est essentiel de comprendre comment exactement la toxine est insérée dans la membrane, c’est-à-dire dans la surface de la cellule. « En ce moment, nous étudions la structure de tous les membres de la famille des latrotoxines, en particulier comment ils reconnaissent exactement les récepteurs spécifiques à la surface de la cellule et comment ces capteurs fonctionnent », explique Gatsogiannis.
Le plus grand obstacle à ces plans est le fait que la cryo-EM n’est pas encore disponible dans la région de Münster. Le professeur Gatsogiannis et son équipe veulent changer cela : « L’importance pratique pour la recherche médicale est immense », déclare le Dr Minghao Chen, l’auteur principal de l’étude maintenant publiée, « car la « fonction » est directement liée à la « structure » dans un contexte biologique. Mais la méthode est très complexe et nécessite une infrastructure ultramoderne. L’équipe de recherche prévoit d’introduire prochainement cette méthode innovante dans le nouveau bâtiment de recherche de l’Université de Münster, le Center for Soft Nanoscience (SoN).
Référence : « Architecture moléculaire des neurotoxines de l’araignée veuve noire » par Minghao Chen, Daniel Blum, Lena Engelhard, Stefan Raunser, Richard Wagner et Christos Gatsogiannis, 29 novembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26562-8
