Fusion membranaire
Rapprochement des membranes (2)
Formation du complexe trans-SNARE (2)
Rôle du lien et du TMD des SNARE

• Le complexe SNARE est aussi appelé SNAREpin en anglais.

• 

  Lors de la fusion, les complexes trans-SNARE passent en position cis, i.e. complexes cis-SNARE dans lesquels toutes les protéines SNARE sont positionnés sur la même membrane.

Rôles du lien
et du domaine
transmembranaire (TMD)

1. Le complexe cis-SNARE neuronal, qui représenterait l'état post-fusion, montre que non seulement les domaines SNARE, mais aussi les domaines transmembranaires (TMD) peuvent s'associer.

Ce processus fournirait un complément d'énergie libre lors de la fusion (Helical extension of the neuronal SNARE complex into the membrane 2011 et Common intermediates and kinetics, but different energetics, in the assembly of SNARE proteins 2014).

2. Le lien et le domaine d'ancrage C-membranaire terminal interagissent fortement avec les bicouches lipidiques (Lipid-Anchored SNAREs Lacking Transmembrane Regions Fully Support Membrane Fusion During Neurotransmitter Release 2013).

Structure du motif juxtamembranaire (JM) et du lien des v-SNARE

1. Le motif juxtamembranaire (JM) des v-SNARE, i.e. synaptobrévine 2/VAMP2 ici, contenu dans le lien, perturberait la stabilité membranaire pour faciliter la fusion (Intracellular Vesicle Fusion Requires a Membrane-Destabilizing Peptide Located at the Juxtamembrane Region of the v-SNARE 2019 et Synergistic actions of v-SNARE transmembrane domains and membrane-curvature modifying lipids in neurotransmitter release 2020).

2. Le domaine transmembranaire (TMD) de VAMP2 est incliné d'environ 35° par rapport à la membrane normal (v-SNARE transmembrane domains function as catalysts for vesicle fusion 2016).

a. Cette configuration permet :

• aux résidus non polaires du motif juxtamembranaire de s'insérer dans la phase hydrophobe de la bicouche,
• aux résidus basiques de s'intégrer dans la phase hydrophile de la membrane.

Sur la figure, les atomes de carbone, d'oxygène et de phosphore de la bicouche lipidique sont respectivement colorés en gris, rouge et vert. Étant donné que la structure de Munc18-1 liée au complexe trans-SNARE à demi-zippé n'a pas été déterminée, la position de Munc18-1 représentée dans le modèle est arbitraire.

b. On note également la présence d'un coude (coudure ou plicature, kinking en anglais) dans le TMD hélicoïdal dans lequel deux segments hélicoïdaux (TM-a et TM-b) sont séparés par une charnière flexible (Synaptobrevin transmembrane domain determines the structure and dynamics of the SNARE motif and the linker region 2016).

Flexibilité conformationnelle des TDM des v-SNARE

1. La flexibilité conformationnelle intrinsèque (kinking et bending) du TMD de la synaptobrévine 2/VAMP2 est conférée par la présence de :

• Gly100 dans le coude, i.e. kinking, qui favoriserait la formation des pores de fusion (A Central Small Amino Acid in the VAMP2 Transmembrane Domain Regulates the Fusion Pore in Exocytosis 2017)
• et/ou de résidus β-ramifiés isoleucine/valine, dirigés éventuellement via l'interaction entre Lys94 et du motif juxtamembranaire et les lipides (courbure ou bending).

2. Par exemple, la flexibilité conformationnelle du TMD de la synaptobrévine 2/VAMP2 est essentielle pour une l'exocytose efficace déclenchée par Ca⁺⁺+ et favorise activement la fusion membranaire ainsi que l'expansion des pores de fusion (v-SNARE transmembrane domains function as catalysts for vesicle fusion 2016).

• L'introduction de résidus de leucine stabilisant l'hélice du domaine transmembranaire (TMD) recouvrant le feuillet externe de la vésicule altère fortement l'exocytose et ralentit la fusion et la dilatation des pores.
• En revanche, l'augmentation du nombre de valine déstabilisant l'hélice, à ramification β ou les résidus d'isoleucine dans le TMD restaurent la sécrétion normale, mais accélèrent l'expansion des pores de fusion au-delà du taux trouvé pour la protéine de type sauvage.

Déshydratation partielle des lipides

Le lien et le motif justamembranaire (JM) de la synaptobrévine 2/VAMP2 provoquerait une déshydratation partielle du feuillet externe membranaire qui modifierait l'orientation des groupes de tête lipidique

1. La présence de phospholipides chargés négativement ainsi que la courbure de la membrane influencent également fortement la probabilité de protrusion de leurs chaînes acyles (Atomic-Resolution Simulations Predict a Transition State for Vesicle Fusion Defined by Contact of a Few Lipid Tails 2010).

L'état de transition pour la formation de la tige se produit lorsqu'une paire de queues lipidiques entre en contact à travers la couche d'interface polaire. Dans les simulations, le contact entre une seule paire de queues hydrophobes serait suffisant pour nucléer la formation de tiges de fusion ( rôles des lipides dans la formation de la tige).

2. La perturbation de la bicouche lipidique par la la synaptobrévine 2/VAMP2 :

• favorise la protrusion lipidique

• 

  influence l'orientation du groupe de tête (flèches rouges et jaunes).

La déshydratation de la membrane et l'hydrophobicité de la surface de la membrane réduisent ainsi les forces répulsives entre les deux membranes qui se rapprochent.

• L'oligomérisation des SNARE augmente probablement encore la protrusion lipidique, probablement aussi en induisant une courbure de la membrane.
• Ces deux phénomènes abaisseront la barrière énergétique pour la formation des pores de la membrane.

Encombrement lors du rapprochement membranaire