The role of CKAP5 in mediating crosstalk between actin and microtubule cytoskeleton

Abstract

Dynamic changes in cytoskeletal architecture are essential for many crucial events throughout lives of all cells. One of the examples is neuronal pathfinding, ensured by specialized axonal structures enriched in actin and microtubule cytoskeleton, known as neuronal growth cones. Growth cones act as motile sensors and navigators, as the tight regulation of their actin and microtubule cytoskeleton results in directed axonal outgrowth guided towards the proper targets, which is crucial for processes such as synaptogegnesis or regeneration. Recently, protein CKAP5 (previously described as a microtubule + tip polymerase) has been proposed to facilitate actin-microtubule crosstalk in growth cones, indispensable for their proper functioning. Here, we combine the power of in vitro reconstitution assays with total internal reflection fluorescence microscopy to explore the underlying mechanism of CKAP5 actions. Our findings confirm that CKAP5 also associates with actin filaments and indeed, recruits them to the microtubule lattice. Furthermore, we describe a remarkable behavior of dynamic system containing CKAP5 and both, microtubules and actin filaments, wherein actin bundles are templated along dynamic microtubules by CKAP5. Importantly, upon microtubule depolymerization, the corresponding actin bundle can...

Dynamické zmeny v usporiadaní cytoskeletu sú nevyhnutné pre mnoho dôležitých udalostí v živote buniek. Jedným z príkladov je navigácia rastu neurónov k ich správnym cieľom. K tomuto procesu slúžia špeciálne axonálne štruktúry známe ako neurónové rastové kužele, ktoré slúžia ako dynamické senzory a navigátory. Regulácia dynamiky ich aktínového a mikrotubulárneho cytoskeletu vedie k riadenému rastu axónov smerom k hľadaným cieľom, čo je kľúčové pre procesy ako tvorba synapsií alebo ich regenerácia. Proteín CKAP5 bol nedávno navrhnutý ako potenciálny regulátor komunikácie medzi aktínom a mikrotubulami v rastových kužeľoch, pričom táto komunikácia je nevyhnutá pre ich správne fungovanie. V tejto práci kombinujeme in vitro rekonštitučné experimenty s TIRF mikroskopiou za cieľom detailne preskú- mať mechanizmus tejto interakcie. Naše výsledky demonštrujú, že CKAP5 (pôvodne známy hlavne ako mikrotubulárna polymeráza) je tiež schopný interagovať s aktínovými vláknami a navyše ich prepájať s mikrotubulami. Ďalej popisujeme pozoruhodné správanie dynamického systému obsahujúceho CKAP5, mikrotubuly a aktínové vlákna, kedy CKAP5 formuje aktínové zväzky pozdĺž dynamických mikrotubúl. Zaujímavé je, že aj po depolymer- izácii mikrotubulu sa príslušný aktínový zväzok nerozpadá, ale pretrváva a slúži ako "koľajnica"...