Wie kann eine Oberfläche den Zentriolenaufbau steuern?

Zentriolen sind zylindrische Zellorganellen mit zylindrischer Form und einer 9-fach radialsymmetrischen Architektur. Sie spielen eine Rolle bei der Bildung von Zilien und Geißeln und bilden die mitotische Spindel während der Zellteilung. Als Hauptbestandteil der Zentrosomen sind sie außerdem an der Organisation der Mikrotubuli beteiligt.

Im Zentrum jeder Zentriole befindet sich das sogenannte „Cartwheel“, das aus SAS-6-Proteinen besteht. Diese organisieren sich selbst zu gestapelten Ringpolymeren auf der Oberfläche eines Torus, der die Mutterzentriole umgibt, und leiten so Wachstum einer neuen Zentriole ein. Bislang war unklar, wie sich die an sich schraubenförmigen SAS-6-Polymere zu flachen Ringen zusammensetzen und wie die Symmetrie bestimmt wird.

In Zusammenarbeit mit Pierre Gönczys Gruppe in Lausanne, untersuchten Forscher*innen der MBM-Gruppe die Dynamik des SAS-6 Aufbaus. Mit Hilfe von photothermisch aktivierten Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskopie (photothermally-actuated, off-resonance tapping high-speed atomic force microscopy) zeigten sie, dass die Affinität der SAS-6-Kopfdomänen auf einer Oberfläche um vier Größenordnungen höher ist als in Lösung. Grobe Molekulardynamiksimulationen zeigten außerdem, dass das Vorhandensein einer Oberfläche solche Winkel zwischen den SAS-6-Monomeren begünstigt, die mit der charakteristischen, 9-fachen Symmetrie vereinbar sind. Überbleibsel der helikalen Eigenschaften des Proteins spiegeln sich in der Ausrichtung der C-terminalen Enddomäne wieder, was wahrscheinlich die Ringstapelung unterstützt.

Die gemeinsamen Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht:

Niccolò Banterle, Adrian P. Nievergelt, Svenja de Buhr, Georgios N. Hatzopoulos, Charlène Brillard, Santiago Andany, Tania Hübscher, Frieda A. Sorgenfrei, Ulrich S. Schwarz, Frauke Gräter, Georg E. Fantner & Pierre Gönczy. Kinetic and structural roles for the surface in guiding SAS-6 self-assembly to direct centriole architecture. Nature Communications 12, (2021)