微小管核の立体構造状態、γ-チューブリン環錯体

微小管（MTS）は、細胞内で必須機能を実行し、正しい細胞位置と細胞周期段階で作られることが重要です。この核生成プロセスは、30を超えるサブユニットで構成される円錐形のタンパク質複合体であるγ-チューブリン環錯体（γ-TURC）によって触媒されます。脊椎動物γ-TURCの構造に関する最近の洞察にもかかわらず、その直径がMTの直径よりも広いことを示しており、理想的なMTテンプレートに予想される対称性をほとんど示していないことを示しています。オープンのままです。ここでは、単一の粒子cryo-emを利用して、γ-TURCの2つの立体構造を特定しました。γ-TURCコーンの上部にある14のγ-チューブリンで構成されるヘリックスは、γ-チューブリン複合タンパク質のGRIP1とGRIP2ドメインの間のヒンジの曲げによって主に駆動される実質的な変形を受けます。しかし、驚くべきことに、この変形はγ-TURCの固有の非対称性を除去しません。γ-TURC立体構造変化の役割をさらに調査するために、核核型MTに結合したγ-TURCの3D再構成を得るために、cryo電子帯域造影（cryo-et）を使用し、核形成後の状態に関する洞察を提供しました。この再構成へのcryo-em構造の剛体のフィッティングは、MT格子がγ-チューブリンヘリックスのスポーク2から14によって核形成されていることを示唆しています。。一緒に、我々の結果により、γ-TURCの立体構造変化のモデルと、これらが細胞内のMT形成をどのように促進するかを提案することができます。

Microtubules (MTs) perform essential functions in the cell, and it is critical that they are made at the correct cellular location and cell cycle stage. This nucleation process is catalyzed by the γ-tubulin ring complex (γ-TuRC), a cone-shaped protein complex composed of over 30 subunits. Despite recent insight into the structure of vertebrate γ-TuRC, which shows that its diameter is wider than that of a MT, and that it exhibits little of the symmetry expected for an ideal MT template, the question of how γ-TuRC achieves MT nucleation remains open. Here, we utilized single particle cryo-EM to identify two conformations of γ-TuRC. The helix composed of 14 γ-tubulins at the top of the γ-TuRC cone undergoes substantial deformation, which is predominantly driven by bending of the hinge between the GRIP1 and GRIP2 domains of the γ-tubulin complex proteins. However, surprisingly, this deformation does not remove the inherent asymmetry of γ-TuRC. To further investigate the role of γ-TuRC conformational change, we used cryo electron-tomography (cryo-ET) to obtain a 3D reconstruction of γ-TuRC bound to a nucleated MT, providing insight into the post-nucleation state. Rigid-body fitting of our cryo-EM structures into this reconstruction suggests that the MT lattice is nucleated by spokes 2 through 14 of the γ-tubulin helix, which entails spokes 13 and 14 becoming more structured than what is observed in apo γ-TuRC. Together, our results allow us to propose a model for conformational changes in γ-TuRC and how these may facilitate MT formation in a cell.