Dissecting γTuRC recruitment and microtubule nucleation at MTOCs

Abstract

Microtubules form diverse arrays according to the cell type or the cell cycle stage to facilitate the context-specific functions of the cytoskeleton. One way by which cells achieve this is by restricting the formation of new microtubules (microtubule nucleation) to specific sites called microtubule organizing centers (MTOCs). In cycling cells, the bulk of microtubule nucleation is limited to the centrosome and/or the Golgi, despite the availability of the microtubule nucleator γ-tubulin ring complex (γTuRC) throughout the cytoplasm. Purified γTuRCs have been shown to have low nucleation potential in vitro. Taken together these observations suggest that additional factors are required to activate the nucleation of microtubules from γTuRCs specifically at MTOCs. Consistent with this are recent structural studies by our group and others that demonstrate the lack of symmetry of γTuRC to be a perfect template for nucleating microtubules. The pericentriolar material (PCM)-associated protein CDK5RAP2 is a potential candidate for enabling this activation through its evolutionarily conserved CM1 domain. Similarly, the microtubule polymerase XMAP215 has been implicated in facilitating nucleation from purified γTuRCs in vitro. The centrosomal Ninein-like protein (NINL) has been observed to recruit γTuRC to ectopic sites where the complex is able to nucleate microtubules.

In this thesis I analyze the factors that contribute to the recruitment of γTuRC to MTOCs and enabling microtubule nucleation at these sites. Firstly, I characterize NINL at the centrosome where I identify it as a subdistal appendage (SDA)-associated protein and analyze how its ability to induce microtubule nucleation at ectopic sites is linked to its ability to recruit the XMAP215 orthologue ch-TOG. Then I describe the contribution of ch-TOG in γTuRC recruitment and microtubule nucleation at the interphase centrosome and the Golgi. Lastly, I check how CM1 domain-mediated interactions play a role in centrosomal microtubule nucleation during interphase and mitosis. Overall, our results identify an important role of ch-TOG in γTuRC recruitment and microtubule nucleation at centrosomal and non-centrosomal MTOCs.

Els microtúbuls formen matrius diverses segons el tipus de cèl·lula o l'etapa del cicle cel·lular per facilitar les funcions específiques del citoesquelet en cada context. Una manera en què les cèl·lules aconsegueixen això és restringint la formació de nous microtúbuls (nucleació de microtúbuls) a llocs específics anomenats centres organitzadors de microtúbuls (MTOC). A les cèl·lules ciclades, la major part de la nucleació de microtúbuls es limita al centrosoma i/o al Golgi, malgrat la disponibilitat del complex de l’anell de γ-tubulina nucleador de microtúbuls (γTuRC) a tot el citoplasma. S'ha demostrat que els γTuRCs purificats tenen un potencial de nucleació baix in vitro. En conjunt, aquestes observacions suggereixen que es necessiten factors addicionals per activar la nucleació de microtúbuls a partir de γTuRCs específicament als MTOC. D’acord amb això, hi ha estudis estructurals recents del nostre grup i d'altres que demostren que la manca de simetria de γTuRC és una plantilla perfecta per nuclear microtúbuls. La proteïna CDK5RAP2 associada al material pericentriolar (PCM) és un candidat potencial per permetre aquesta activació mitjançant el seu domini CM1 conservat evolutivament. De la mateixa manera, la polimerasa de microtúbuls XMAP215 ha estat implicada en la facilitació de la nucleació a partir de γTuRCs purificats in vitro. S'ha observat que la proteïna centrosomal de tipus nineïna (NINL) recluta γTuRC a llocs ectòpics on el complex és capaç de nuclear microtúbuls.

En aquesta tesi analitzo els factors que contribueixen al reclutament de γTuRC als MTOC i que permeten la nucleació de microtúbuls en aquests llocs. En primer lloc, caracteritzo NINL al centrosoma on l'identifico com una proteïna associada a l'apèndix subdistal (SDA) i analitzo com la seva capacitat d'induir la nucleació de microtúbuls en llocs ectòpics està relacionada amb la seva capacitat per reclutar ch-TOG, l'ortòleg de XMAP215. A continuació, descric la contribució de ch-TOG en el reclutament de γTuRC i la nucleació de microtúbuls al centrosoma en interfase i al Golgi. Finalment, comprovo com les interaccions mediades pel domini CM1 tenen un paper en la nucleació de microtúbuls centrosomals durant la interfase i la mitosi. En general, els nostres resultats identifiquen un paper important de ch-TOG en el reclutament de γTuRC i la nucleació de microtúbuls en MTOCs centrosòmics i no centrosòmics.