Study of Interaction between human C-terminal domains septins: implication for filament formation and stability

Septinas compreendem uma conservada família de proteínas de ligação a nucleotídeo de guanina e formação de heterofilamentos. Em termos estruturais, elas possuem uma organização comum: um domínio GTPase central, uma região N-terminal e um domínio C-terminal, este último é predito para formar estruturas em coiled coil. Atualmente, o heterocomplexo de septinas humanas (SEPT2/SEPT6/SEPT7) mais bem caracterizado revela a importância do domínio GTPase na formação do filamento, todavia a ausência de densidade eletrônica para os domínios C-terminais faz com que sua função permaneça obscura. Estudos com septinas de mamíferos, e de outros organismos como C. elegans e S. cerevisea sugerem que alguns grupos de septinas (por exemplo, II e IV em mamíferos) interagem através de seus domínios C-terminais, e estes poderiam atuar de modo determinante para a montagem correta do filamento. Assim, o presente projeto objetivou estudar a afinidade homo/heterotípicas para os domínios C-terminais das septinas humanas dos grupos II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigando se esses domínios contribuem para preferência das septinas interagirem com proteínas de grupos distintos durante a formação do heterofilamento. Os domínios C-terminais foram expressos em E. coli e purificados. Foram conduzidos estudos de ultracentrifugação analítica e espectropolarimetria de dicroísmo circular, que permitiram identificar maior afinidade e estabilidade da associação heterotípica comparada à homotípica. Foram obtidas constantes de dissociação aparente para homodímeros em torno de baixo µM, enquanto que para heterodímeros os dados já existentes no grupo revelaram constante de dissociação na ordem de nM. Para entender os fatores no nível atômico responsáveis pela significativa predileção na interação entre os domínios C-terminais dos grupos II e IV foram realizados estudos utilizando modelagem e análise das sequências primárias. As análises sugerem a presença de um alto número de resíduos carregados na posição a do coiled coil como responsável pela seletividade. Consequentemente, o heterodímero seria favorecido em virtude do menor efeito repulsivo proveniente do intercalamento dos resíduos carregados em a. Desse modo, os resultados indicaram a atuação decisiva ou cooperativa dos domínios C-terminais na organização preferencial das septinas durante a formação do filamento, favorecendo a interface NC entre septinas dos grupos II e IV.Septins comprise a conserved protein family that binds guanidine nucleotide and forms heterofilaments. In structural terms they have a common organization: a central GTPase domain, a N-terminal domain and a C-terminal domain, this last one is predicted to form coiled coil structures. Currently, the human septin heterocomplex best characterized (SEPT2/SEPT6/SEPT7) reveals the importance of the GTPase domain in filament assembly, however the absence of electron density for the C-terminal domains makes its function still unknown. Studies with mammals septins, and of others organisms like C. elegans and S. cerevisea suggests that some septins groups (e.g. II e IV in mammals) interact via its C-terminal domains and this could act in a determinative way to correct filament assembly. In this way, this project aimed to study the homo/heterotypical affinity for the C-terminal domains of human septins belonging to groups II (SEPT6C/8C/10C/11C) e IV (SEPT7C), investigating whether this domain contributes with the preference of septins to interact with proteins of different groups during assembly of the heterofilament. The C-terminal domains were expressed in E. coli and purificated. It was carried out studies using analytical ultracentrifugation and circular dichroism spectropolarimetry tecniques which allowed identification of major affinity and stability in the heterotypical association compared to homotypical. It was measured apparent dissociation constants for homodimers of low µM range while for heterodimers our group\'s data shows dissociation constants in the nM range. To understand at atomic level the factors responsible for this significant preference in the C-terminal domains interaction between groups II and IV was performed molecular modelling studies and analysis of the primary sequence. These analysis suggests the presence of a high number of charged residues in position a of the coiled coil as responsible for selectivity. Consequently, the heterodimer would be therefore favoured because of the minor repulsive effect coming from the staggered of charged residues in a. Thus, these results indicate the crucial or cooperative action of C-terminal domains in preferential organization of septins during filament assembly, favouring the NC interface between septins of groups II and IV