Les neurotoxines botuliques (BoNTs, 7 sérotypes, A-G) sont des protéines produites par des bactéries du genre Clostridium. Les BoNTs sont associées à des protéines non toxiques et forment un complexe appelé toxine botulique. Les BoNTs inhibent spécifiquement la libération vésiculaire de neurotransmetteur. Leur mécanisme d’action cellulaire comprend plusieurs étapes : après leur liaison via leur chaîne lourde à des récepteurs neuronaux comprenant un ganglioside et une protéine vésiculaire (SV2 pour la BoNT de type A et synaptotagmine pour la BoNT/B), les BoNTs sont internalisées dans les terminaisons nerveuses par endocytose. L’acidification de la vésicule de capture entraîne la translocation de la chaîne légère de BoNT dans le cytoplasme neuronal. La chaîne légère de BoNT est une métalloprotéase à zinc qui, selon le toxinotype, clive l’une ou deux des protéines VAMP/synaptobrévine, SNAP25 ou syntaxine. Comme ces trios protéines interviennent dans le processus de fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique, leur clivage provoque l’inhibition de l’exocytose d’acétylcholine. La durée du blocage de la neurotransmission dépend essentiellement de la rémanence de la chaîne légère de la neurotoxine dans les terminaisons nerveuses. La mise en place temporaire de nouvelles terminaisons nerveuses — qui sont rétractées après que la plaque motrice d’origine a retrouvé sa pleine fonctionnalité — peut provoquer une récupération fonctionnelle anticipée.

Several bacteria of the Clostridium genus (C. botulinum) produce 150 kDa di-chainal protein toxins referred as botulinum neurotoxins or BoNTs. They associate with non-toxic companion proteins and form a complex termed botulinum toxin. BoNTs specifically inhibit vesicular neurotransmitter release. The cellular action of BoNTs can be depicted according to a multi-step model : The toxin’s heavy chain mediates binding to specific receptors comprised of a ganglioside moiety and a vesicular protein (SV2 for BoNT type A, synaptotagmin for BoNT type B), followed by endocytotic internalisation of the BoNT/receptor complex. Vesicle recycling induces BoNT internalisation. Upon acidification of vesicles, the light chain of the neurotoxin is translocated into the cytosol. Here, this zinc-endopeptidase cleaves one or two among three synaptic proteins (VAMP-synapto-brevin, SNAP25, and syntaxin). As the three protein targets of BoNT play major role in fusion of synaptic vesicles at the release sites, their cleavage is followed by blockade of neurotransmitter exocytosis. Importantly, as the BoNT receptors and intracellular targets are present in all nerve terminals, the BoNTs are not specific for cholinergic transmission. Duration of their inhibitory action is mainly determined by the the life-time of the toxin’s light chain in the cytosol. Sprouting of new nerve-endings, which are retracted when the poisoned nerve terminals have recovered full functionality, may lead to anticipated recovery of the poisoned nerve terminals.