Biology and Engineering of Botulinum Neurotoxins.

肉毒杆菌神经毒素是一个由七种细菌毒素组成的家族（BoNT/A-BNTG）。BoNT成员 家庭已经被广泛用于治疗越来越多的医疗状况。 在我们 上一个资金周期，我们进行了第一次全面调查的效果， 对神经元存活的影响。我们鉴定了两种毒素，BoNT/C和BoNT/E， 神经元的死亡 我们进一步证实，神经元死亡是由于血浆 BoNT/C和E. 这些发现开辟了一条新的调查路线， 毒素生物学，并揭示了一种新的膜回收过程中必不可少的神经元存活。 根据这些发现，我们进一步发现淀粉样前体蛋白（APP）是一种主要的货物， 被BoNTs阻断的膜回收过程。在这里，我们提出了机制研究， 在分子水平上阐明这一重要的膜再循环过程。 我们还将利用 BoNTs作为一种新的工具，可以解决APP回收/处理的关键问题，并探索 APP在神经末梢BoNT作用中的潜在作用。 最后，我们目前的研究 确定了SNAP-B25，它被BoNT/A，C和E切割，是神经元所必需的， 生存和APP回收。 这一发现提出了一个重要的安全性问题， 使用主要的治疗毒素BoNT/A，这促使我们开发替代治疗药物， 通过蛋白质工程制造毒素 我们提出的研究将提供一个机械的理解的影响，BoNTs对 存活的神经元，并可能产生新的见解APP生物学。 他们还将解决 关注目前治疗性毒素的长期安全性，并致力于开发一种新的 产生在人体中具有改善的功效和安全性的治疗性毒素。

Botulinum neurotoxins are a family of seven bacterial toxins (BoNT/A-­G). Members of the BoNT  family  have  been  widely  utilized  for  treating  a  growing  list  of  medical  conditions.  During  our  previous  funding  cycle,  we  carried  out  the  first  comprehensive  investigation  of  the  effect  of  BoNTs on survival of neurons. We identified two of the toxins, BoNT/C and BoNT/E, that induce  death  of  neurons.  We  further  established  that  neuronal  death  is  due  to  blockage  of  a  plasma  membrane  recycling  process  by  BoNT/C  and  E.  These  findings  open  a  new  line  of  inquiry  on  toxin biology and reveal a novel membrane recycling process essential for neuron survival.   Following these findings, we further found that amyloid precursor protein (APP) is a major cargo  of the membrane recycling process blocked by BoNTs. Here we propose mechanistic studies to  elucidate  this  essential  membrane  recycling  process  at  the  molecular  level.  We  will  also  utilize  BoNTs  as  a  novel  tool  to  address  key  questions  about  APP  recycling/processing  and  explore  the  potential  role  of  APP  in  BoNT  action  at  nerve  terminals.  Finally,  our  current  studies  established  that  SNAP-­25,  which  is  cleaved  by  BoNT/A,  C,  and  E,  is  essential  for  neuron  survival  and  APP  recycling.  This  finding  raised  a  significant  safety  concern  regarding  long-­term  use of the major therapeutic toxin BoNT/A, which prompted us to develop alternative therapeutic  toxins through protein engineering.   Our  proposed  studies  will  provide  a  mechanistic  understanding  of  the  effect  of  BoNTs  on  survival  of  neurons  and  may  yield  novel  insights  into  APP  biology.  They  will  also  address  concerns  about  the  long-­term  safety  of  current  therapeutic  toxins  and  aim  to  develop  a  new  generation of therapeutic toxins with improved efficacy and safety in humans.