1. Molecular Mechanisms of Allosteric Inhibition of Brain Glycogen Phosphorylase by Neurotoxic Dithiocarbamate Chemicals
- Author
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Iman Haddad, Emile Petit, Fernando Rodrigues-Lima, Onnik Agbulut, Cécile Mathieu, Linh-Chi Bui, Joëlle Vinh, Jean-Marie Dupret, Unité de Biologie Fonctionnelle et Adaptative (BFA (UMR_8251 / U1133)), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Spectrométrie de Masse Biologique et Protéomique (USR3149 / FRE2032) (SMBP), Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Adaptation Biologique et Vieillissement = Biological Adaptation and Ageing (B2A), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL), Université Sorbonne Paris Cité (USPC), Pharmacologie, toxicologie et signalisation cellulaire (U747), Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Cytophysiologie et Toxicologie Cellulaire (EA 1553), Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Unité de Spectrométrie de Masse Biologique et Protéomique, ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CNRS/ESPCI ParisTech USR 3149, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI ParisTech), Laboratoire de Spectrométrie de Masse Biologique & Protéomique (SMBP), Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles (ESPCI), ESPCI, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), VINH, Joëlle, Université Sorbonne Paris Cité ( USPC ), Physiologie Cellulaire des Regulations Hormonales, Nutritionnelles et Pharmacologiques, Université Paris Descartes - Paris 5 ( UPD5 ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ), ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Adaptation Biologique et Vieillissement = Biological Adaptation and Ageing ( B2A ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris ( ESPCI ParisTech ), Laboratoire de Spectrométrie de Masse Biologique & Protéomique ( SMBP ), and Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles ( ESPCI )
- Subjects
0301 basic medicine ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Neurotoxins ,Allosteric regulation ,[ CHIM ] Chemical Sciences ,Biochemistry ,03 medical and health sciences ,chemistry.chemical_compound ,Glycogen phosphorylase ,0302 clinical medicine ,Ubiquitin ,Glycogen Phosphorylase, Brain Form ,Thiocarbamates ,[CHIM] Chemical Sciences ,medicine ,Humans ,Glycogen storage disease ,[CHIM]Chemical Sciences ,Molecular Biology ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,biology ,Glycogen ,Neurodegeneration ,Neurotoxicity ,Neurodegenerative Diseases ,Cell Biology ,medicine.disease ,3. Good health ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,Metabolism ,030104 developmental biology ,chemistry ,Proteasome ,biology.protein ,Neurotoxicity Syndromes ,030217 neurology & neurosurgery - Abstract
Dithiocarbamates (DTCs) are important industrial chemicals used extensively as pesticides and in a variety of therapeutic applications. However, they have also been associated with neurotoxic effects and in particular with the development of Parkinson-like neuropathy. Although different pathways and enzymes (such as ubiquitin ligases or the proteasome) have been identified as potential targets of DTCs in the brain, the molecular mechanisms underlying their neurotoxicity remain poorly understood. There is increasing evidence that alteration of glycogen metabolism in the brain contributes to neurodegenerative processes. Interestingly, recent studies with N,N-diethyldithiocarbamate suggest that brain glycogen phosphorylase (bGP) and glycogen metabolism could be altered by DTCs. Here, we provide molecular and mechanistic evidence that bGP is a target of DTCs. To examine this system, we first tested thiram, a DTC pesticide known to display neurotoxic effects, observing that it can react rapidly with bGP and readily inhibits its glycogenolytic activity (kinact = 1.4 × 105 m −1 s−1). Using cysteine chemical labeling, mass spectrometry, and site-directed mutagenesis approaches, we show that thiram (and certain of its metabolites) alters the activity of bGP through the formation of an intramolecular disulfide bond (Cys318–Cys326), known to act as a redox switch that precludes the allosteric activation of bGP by AMP. Given the key role of glycogen metabolism in brain functions and neurodegeneration, impairment of the glycogenolytic activity of bGP by DTCs such as thiram may be a new mechanism by which certain DTCs exert their neurotoxic effects.
- Published
- 2017
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