Filaments and fingers: Novel structural aspects of the single septin from Chlamydomonas reinhardtii

Abstract

Edited by Norma AllewellSeptins are filament-forming GTP-binding proteins involved in many essential cellular events related to cytoskeletal dynamics and maintenance. Septins can self-assemble into heterocomplexes, which polymerize into highly organized, cell membraneinteracting filaments. The number of septin genes varies among organisms, and although their structure and function have been thoroughly studied in opisthokonts (including animals and fungi), no structural studies have been reported for other organisms. This makes the single septin from Chlamydomonas (CrSEPT) a particularly attractive model for investigating whether functional homopolymeric septin filaments also exist. CrSEPT was detected at the base of the flagella in Chlamydomonas, suggesting that CrSEPT is involved in the formation of a membrane-diffusion barrier. Using transmission electron microscopy, we observed that recombinant CrSEPT forms long filaments with dimensions comparable with those of the canonical structure described for opisthokonts. The GTP-binding domain of CrSEPT purified as a nucleotide-free monomer that hydrolyzes GTP and readily binds its analog guanosine 5-3-O-(thio)triphosphate. We also found that upon nucleotide binding, CrSEPT formed dimers that were stabilized by an interface involving the ligand (G-interface). Across this interface, one monomer supplied a catalytic arginine to the opposing subunit, greatly accelerating the rate of GTP hydrolysis. This is the first report of an arginine finger observed in a septin and suggests that CrSEPT may act as its own GTP-activating protein. The finger is conserved in all algal septin sequences, suggesting a possible correlation between the ability to form homopolymeric filaments and the accelerated rate of hydrolysis that it provides.

Septin structure and filament assembly

“…In 2017 the crystal structure of the GTPase domain of the Chlamydomonas reinhardtii septin (CrSEPT 86-393) bound to GTPγS was solved at 2.04 Å resolution by single wavelength anomalous dispersion phasing (Pinto et al 2017). It is important to note that the C. reinhardtii genome codes for only this single septin.…”

Caracterização estrutural e biofísica da septina 7 humana e de seus complexos com as septinas 3 e 9

“…[3][4][5] Consequentemente, essa nova família de proteínas passou a ser denominada 'septinas' fazendo alusão à sua participação na formação do septo durante o processo de citocinese. A presença de septinas é verificada também em outros organismos, principalmente eucariotos, tais como: platelmintos (Schistosoma mansoni), 6 algas (Chlamydomonas reinhardtii), 7 artrópodes (Drosophila melanogaster) 8 e mamíferos (Homo sapiens). 9 Curiosamente, ao longo da evolução eucariótica, algumas espécies acabaram por proliferar os genes de septinas enquanto que outras, especialmente as plantas, os eliminaram.…”

“…Tal resultado é mais um indício que as septinas não precisam obrigatoriamente do N-e C-terminal para polimerizarem; exatamente como no caso de C. reinhardtii. 7 Interessantemente, a sua espessura é dada por 14.0 ± 0.5 nm, sugerindo a existência de duas septinas ao longo do eixo perpendicular ao filamento; uma vez que o valor esperado para a espessura a partir das estruturas cristalográficas é de 6 nm. Para explicar tal medida, pode-se pensar no pareamento de dois filamentos de 6 nm de espessura, sendo o desvio de 2 nm do valor experimental resultado de um aparente alargamento, induzido pelo contraste do acetato de uranila.…”

Septinas de >i<Ciona intestinalis>/i<: estudos voltados à formação de heterocomplexos

“…Sabe-se que as septinas tendem a se polimerizar formando filamentos e estruturas de mais alta ordem sob baixas concentrações de sal. 50,79,113 Trabalhos empregando vesículas gigantes unilamelares mostraram que complexos de septinas, tanto de humanos quanto de levedura, induziram a formação de túbulos, sendo esse um indício da habilidade dessas proteínas levarem a mudanças na curvatura na membrana. 58,118 Assim, experimentos complementares usando sistemas biomiméticos poderão auxiliar na elucidação da participação de septinas no remodelamento da membrana plasmática fornecendo informações adicionais da função dessas proteínas.…”

“…Uma característica das septinas é a polimerização sob baixas concentrações de sal, isto é, menor do que 40mM de NaCl. 36,50,79…”