Structural and biophysical characterization of human septin 7 and its complexes with septins 3 and 9

As septinas são proteínas filogeneticamente classificadas na superclasse das P-loop GTPases e que, juntamente com actina, microtúbulos e filamentos intermediários, são consideradas o quarto componente do citoesqueleto. Para exercer essa função, as septinas tendem a interagir entre si formando heterocomplexos que, posteriormente, polimerizam-se em filamentos. A fim de compreender a arquitetura e dinâmica das septinas, realizou-se a caracterização estrutural e biofísica da septina 7 humana e de seus complexos com as septinas 3 e 9. Devido ao fato da septina 7 ser única em seu grupo, tem-se que a mesma é insubstituível e, portanto, está presente em todos os heterocomplexos descritos. Visando compreender os elementos moleculares responsáveis por tal unicidade, são apresentadas duas estruturas em alta resolução do domínio GTPase da septina 7 ligada a GDP. Pela primeira vez, verificou-se que o cofator Mg2+ está coordenado de uma maneira mais fraca (em relações aos padrões já descritos na literatura) e que o contato entre o switches II na interface-G (ponte-β antiparalela) aparenta estar relacionado ao fenômeno de deslizamento da fita-β3. Na verdade, os resultados indicam que tal fenômeno seria um artifício utilizado pelas septinas a fim de desestimular interfaces promíscuas. Além disso, estudos de termoestabilidade mostraram que as septinas 3 e 9 acabam por diminuir a estabilidade de seus heterodímeros com a septina 7; um resultado que pode estar relacionado com a dinâmica de formação de filamentos. Devido a uma suposta interação mais fraca, tem-se que tais septinas poderiam talvez apresentar uma maior flexibilidade na constituição dos filamentos. Por outro lado, ao realizar a mutação T282Y na septina 3, nota-se que a mesma é responsável por aumentar significativamente a termoestabilidade do heterodímero. A partir da estrutura cristalográfica deste complexo, observou-se que tal tirosina é responsável pelo estabelecimento de interações de hidrogênio com o anel guanina e com a septina 7; promovendo a estabilização da interface-G. Por último, com o intuito de identificar qual interface-NC do heterodímero constituído pelas septinas 7 e 9 é a responsável pela sua oligomerização a um tetrâmero, avaliou-se a dependência de tais septinas com a força iônica.The septins phylogenetically belong to the P-loop GTPase superclass of proteins and, together with actin, microtubules and intermediate filaments, are considered the fourth component of the cytoskeleton. To perform this role, the septins tend to interact with each other to form heterocomplexes, which can further polymerize into filaments. In order to understand the architecture and dynamics of septins, a structural and biophysical characterization of human septin 7 and its complexes with septins 3 and 9 were performed. Since septin 7 is single in its own group, it is irreplaceable and therefore present in all heterocomplexes. Toward understanding the molecular elements responsible for such unicity, two high-resolution structures of septin 7 GTPase domain complexed with GDP are presented. For the first time, it has been found that the Mg2+ cofactor is weakly coordinated (in relation to the patterns already described in the literature) and that the contact between the switches II at the G-interface (antiparallel β-bridge) appears to be related to the phenomenon of β3-stand slippage. In fact, the results indicate this phenomenon could be thought of as a way to discourage promiscuous interfaces. In addition, thermostability assays have shown that septin 3 and 9 end up decreasing the stability of their heterodimers with septin 7; a result that may be related to the filament dynamics. Due to this supposed weaker interaction, it has been speculated that this septins could perhaps have a greater flexibility in the composition of the filaments. On the other hand, the T282Y mutation inserted into septin 3 significantly increases the heterodimer thermostability. In the crystal structure of this complex, it was observed that this particular tyrosine establishes a hydrogen bond with the guanine ring and with septin 7; promoting the stabilization of the G-interface. Finally, in order to identify which NC-interface of the heterodimer constituted by septin 7 and 9 is responsible for its oligomerization to a tetramer, the dependence of this septins with the ionic strength was analyzed