Ganglioside binding domains in proteins: Physiological and pathological mechanisms

脂筏 神经节苷脂 霍乱毒素 生物化学 化学 脂质双层 糖蛋白 生物 细胞生物学 受体 微生物学
作者
Fodil Azzaz,Nouara Yahi,Coralie Di Scala,Henri Chahinian,Jacques Fantini
出处
期刊:Advances in protein chemistry and structural biology [Elsevier BV]
卷期号:: 289-324 被引量:24
标识
DOI:10.1016/bs.apcsb.2021.08.003
摘要

Gangliosides are anionic lipids that form condensed membrane clusters (lipid rafts) and exert major regulatory functions on a wide range of proteins. In this review, we propose a new view of the structural features of gangliosides with special emphasis on emerging properties associated with protein binding modes. We analyze the different possibilities of molecular associations of gangliosides in lipid rafts and the role of cholesterol in this organization. We are particularly interested in amide groups of N-acetylated sugars which make it possible to neutralize the negative charge of the carboxylate group of sialic acids. We refer to this effect as "NH trick" and we demonstrate that it is operative in GM1, GD1a, GD1b and GT1b gangliosides. The NH trick is key to understand the different topologies adopted by gangliosides (chalice-like at the edge of lipid rafts, condensed clusters in central areas) and their impact on protein binding. We define three major types of ganglioside-binding domains (GBDs): α-helical, loop shaped, and large flat surface. We describe the mode of interaction of each GBD with typical reference proteins: synaptotagmin, 5HT1A receptor, cholera and botulinum toxins, HIV-1 surface envelope glycoprotein gp120, SARS-CoV-2 spike protein, cellular prion protein, Alzheimer's β-amyloid peptide and Parkinson's disease associated α-synuclein. We discuss the common mechanisms and peculiarities of protein binding to gangliosides in the light of physiological and pathological conditions. We anticipate that innovative ganglioside-based therapies will soon show an exponential growth for the treatment of cancer, microbial infections, and neurodegenerative diseases.
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