Optineurin as a regulator of intracellular transport

Abstract

Intracellular transport of mitochondria and other cell components along microtubules is fundamental in all cells, especially in neurons. The anterograde mitochondrial transport is driven by molecular motor kinesin-1 (KIF5), which is connected to mitochondria through the adaptor protein TRAK1. Recently, a less explored protein, optineurin (OPTN), has emerged as a novel regulator of this transport. Together with our collaborators, we show in our recent study that anterograde mitochondrial transport in mice is regulated by OPTN. Additionally, we show that OPTN is a microtubule-associated protein (MAP) that can interact with the KIF5B-TRAK1 complex, enhancing its run length, run time, and landing rate on microtubules. Since OPTN was just discovered as a new MAP, little is known about its interaction with microtubules. In this work, we show how OPTN interacts with differently post-translationally modified microtubules and different microtubule isoforms. Using an in vitro reconstitution assay, we show that OPTN prefers unmodified over highly post-translationally modified microtubules and forms regions of high affinity (patches) on them. Furthermore, OPTN shows isoform specific binding with significantly higher affinity to the α1β4 isoform compared to the α1β3 isoform. Unlike its interaction with...

Vnútrobunkový transport mitochondrií a ďalších bunkových komponentov pozdĺž mikrotubulov je nevyhnutný pre všetky bunky a najmä pre neuróny. Anterográdny mitochondriálny transport je poháňaný molekulárnym motorom, kinezínom-1 (KIF5), ktorý je cez adaptorový proteín TRAK1 prepojený s mitochondriou. Optineurín (OPTN) bol iba nedávno objavený ako nový regulátor tohto mitochondriálneho transportu. V našej nedávnej štúdii sme spolu s našimi spolupracovníkmi ukázali, že anterográdny mitochondriálny transport u myší je regulovaný Optineurínom. Taktiež sme ukázali, že OPTN je proteín associovaný s mikrotubulami (MAP), ktorý môže interagovať s KIF5B-TRAK1 komplexom, a tým predĺžiť jeho prejdenú vzdialenosť, čas zotrvania a množstvo dopadov na mikrotubuly. Keďže OPTN je novým proteínom asociovaným s mikrotubulami iba veľmi málo sa vie o jeho spôsobe interakcie s mikrotubulami. V tejto práci ukazujeme ako OPTN interaguje s rôzne post- translačne modifikovanými mikrotubulami a rôznymi izoformami mikrotubulov. Pomocou in vitro rekonštitúcie sme ukázali, že OPTN uprednostňuje nemodifikované pred vysoko post- translačne modifikovanými mikrotubulmi a vytvára na nich oblasti s vysokou afinitou (patches). Okrem toho sa ukázalo, že OPTN má výrazne vyššiu afinitu k α1β4 izoforme v porovnaní s α1β3 izoformou. Avšak, na...