Tubulin Cofactors Form a Multi-Protein Platforms that Regulate the Soluble Tubulin Pool and Promote Microtubule Polymerization

微管蛋白 微管 GTP' 蛋白质亚单位 辅因子 微管相关蛋白 细胞生物学 细胞骨架 生物 化学 生物化学 生物物理学 细胞 基因
作者
Stanley Nithianantham,Sinh Le,Shu Ti,Elbert Seto,Jawdat Al‐Bassam
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier]
卷期号:106 (2): 442a-443a
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2013.11.2493
摘要

The Microtubule (MT) cytoskeleton mediates intracellular organization and trafficking, and is responsible for force generation during cell division and migration in eukaryotes. The building block for MT polymerization is the aß-tubulin heterodimer, which is present as a tightly regulated soluble pool in the cytoplasm. Despite the importance of aß-tubulin heterodimer in the regulation of MT dynamics, it remains unclear how nascent and folded a and ß-tubulin are assembled and activated into a single heterodimer configuration that universally dictates dynamic MT polymerization. It remains unknown how five conserved tubulin cofactors (TBC-A,B,C,D and E) and a dedicated Arl2 G-protein promote aß-tubulin biogenesis, activation and degradation, and how such activities impact MT function. In contrast to a long-standing hypothesis in which individual tubulin cofactors bind sequentially to a and ß-tubulin monomers and assemble aß-tubulin dimers through dynamic interactions, we show based on biochemical and structural studies that multiple tubulin cofactors and Arl2 form multi-subunit platforms for aß-tubulin dimer assembly, activation and degradation. We show that multi-subunit tubulin cofactor and Arl2 platform are soluble aß-tubulin regulators that are powered by GTP hydrolysis cycles. We have determined tubulin cofactor platform structure, conformational changes upon tubulin dimer binding, and the mechanism of GTP hydrolysis activation. Surprisingly, we further show, using reconstitution of these complexes with soluble tubulin dimer and dynamic MTs, that they enhance aß-tubulin polymerizing state at MT plus ends in a manner dependent on Arl2 and tubulin GTP hydrolysis. Our data surprisingly suggest tubulin cofactors are potent regulators of soluble tubulin dimer state, and promote soluble tubulin activation required for all MT dynamics. Our model explains long-standing cell biology and genetics data about the roles of tubulin cofactors in regulating the soluble aß-tubulin pool and MT homeostasis.
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