Dev Cell：CDK5RAP2导致γ-TuRC部分闭合可以激活微管成核
来源：生物探索 2024-10-01 12:19
本文验证了哺乳动物脑组织是内源γ-TuRC纯化的优质来源，并且解析了一种CMG模块装饰的部分闭合的γ-TuRC构象。
人类的γ-微管蛋白环状复合体（γ-TuRC）是一个由微管蛋白、GCP2、GCP3、GCP4、GCP5、GCP6、MZT1、MZT2、肌动蛋白以及几种γ-TuRC相关蛋白组成的多蛋白复合体，为细胞骨架微管的成核提供模板。干扰γ-TuRC的功能会导致轴突生长受阻【1】、有丝分裂纺锤体形成缺陷【2】，并引发严重的发育障碍【3】。γ-TuRC介导的微管成核通常在细胞质中被抑制，其活性仅限于中心体和其他微管组织中心（MTOC）中。在已知的脊椎动物γ-TuRC结构中【4-9】，γ-微管蛋白环都处于开放构象，和体内微管的13原丝的结构并不吻合。因此，γ-TuRC需要从开放构象转变为闭合构象才能聚合微管，但是这种构象转变在分子层面的机制尚不清楚。
已知有一些微管相关蛋白能将γ-TuRC募集到MTOC，还可以激活其微管成核活性，其中的代表是包含中心体小分子1（CM1）基序的一类蛋白质。CM1基序通常位于蛋白质的N端，如果蝇的中心体蛋白（centrosomin）、裂殖酵母的Mto1、酿酒酵母的Spc110p和人类的CDK5RAP2。人类的CDK5RAP2定位于中心体和高尔基体，通过RNA干扰消耗CDK5RAP2会减少中心体的微管成核，但不影响γ-TuRC的组装【10,11】。与许多中心体蛋白的典型特征一样，CDK5RAP2富含α螺旋，且有形成卷曲螺旋的倾向。CDK5RAP2的N端CM1基序有57个氨基酸，其中59-88号氨基酸的序列（也被称为γ-TuRC成核激活子，γ-TuNA）能够在体外刺激γ-TuRC的微管成核【11,12】。
CDK5RAP2的58-92号氨基酸此前在人类γ-TuRC的结构中出现【13】。在这个结构中，CDK5RAP2形成了一个二聚的卷曲螺旋，仅结合在γ-TuRC上的单一位置（位于GCP2的C端GRIP2结构域、与GCP2的N端α螺旋结合的MZT2以及GCP6的C端GRIP2结构域之间）。虽然CDK5RAP2的存在似乎将与GCP2和与GCP6结合的γ-微管蛋白的局部构象变为了更接近体内微管晶格的排列，但大多数γ-微管蛋白仍表现为开放构象。CDK5RAP2或许还可以结合在γ-TuRC上的其他位置以促进γ-微管蛋白环的闭合，但目前还缺乏这种假设的结构证据。
瑞士ETH Zürich的Michal Wieczorek团队（第一作者为Yixin Xu）在Developmental Cell上发表了文章Partial closure of the γ-tubulin ring complex by CDK5RAP2 activates microtubule nucleation。在本研究中，研究人员从猪脑中纯化出了结合CDK5RAP2 CM1基序片段的内源γ-TuRC蛋白，并通过冷冻电子显微镜解析了其结构，发现了γ-TuRC的一种新型构象，在这种构象中，CDK5RAP2的卷曲螺旋片段与MZT2和GCP2-NHD亚基一起形成了多个复合体，研究人员称之为“CMG模块”。
CMG模块锚定在γ-TuRC外表面至少4个结合位点上，每个结合位点以GCP2亚基为中心。研究人员意外地观察到多个CMG模块的存在以及γ-微管蛋白围绕整个γ-TuRC的显著位移和旋转，其中超过一半的γ-TuRC蛋白亚基处于一种与闭合构象非常接近的状态。这种γ-TuRC的部分闭合是通过形成新的γ-微管蛋白间相互作用和GCP亚基间相互作用实现的，而CMG模块的存在能够使这些相互作用界面保持稳定。
此外，研究人员还纯化了体外重组的γ-TuRC蛋白。在完全重组的系统中，含有50个氨基酸的CDK5RAP2 CM1基序片段能够强烈激活重组的人类γ-TuRC，且这种激活依赖于CMG特异性界面的存在。结果表明，哺乳动物γ-TuRC中构象调节的位点主要在于GCP2和GCP3构成的γ-TuRC亚基，而不是另一侧的GCP4/5/6亚基。
综上所述，本文验证了哺乳动物脑组织是内源γ-TuRC纯化的优质来源，并且解析了一种CMG模块装饰的部分闭合的γ-TuRC构象。这一新构象为γ-TuRC相关研究提供了结构证据，表明在没有α/β-微管蛋白的情况下其他辅助蛋白可以将γ-TuRC转变为闭合状态，为γ-TuRC的激活途径提供了新的见解，解释了其在体外较低微管成核活性的原因。
模式图（Credit: Developmental Cell）
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