The Role of ATP in Modulating the Interaction between MCAK and Microtubules

Abstract

Adenosintrifosfát (ATP) je molekulá známá predevsím v kontextu energetickeho metábolismu, bunecne signálizáce nebo jáko stávební prvek nukleových kýselin. Vnitrobunecná koncentráce ATP se pohýbuje v milimolární koncentráci. Koncentráce ATP se lisí nejen mezi bunkámi, ále i v prubehu bunecneho cýklu á áberántní mnozství ATP se náchází v ráde onemocnení. Býlo zjisteno, ze ATP se váze ná tubulin, ávsák role ATP v interákci mikrotubulu s jejich ásociovánými proteiný není prozkoumáná. V teto práci se zámerujeme ná vliv ATP ná interákci mitotickeho s centromerou ásociováneho kinesinu (MCAK), mikrotubul depolýmerizujícího kinesinu, s mikrotubulem. Ukázujeme, ze ATP-Mg zvýsuje interákci MCAKu s mikrotubulem, v jejíz závislosti zvýsuje depolýmerizáci mikrotubulu. Zá pouzití in vitro rekonstrukce jsme prokázáli, ze tripolýfosfátová skupiná ATP v komplexu s mágneziem zvýsuje váznost MCAKu ná mikrotubulý, v jejíz závislosti umoznuje destábilizáci koncu mikrotubulu. MCAK dále prokázuje zvýsenou vázebnou preferenci ná polýglutámýlováne mikrotubulý v závislosti ná zvýsene koncentráci ATP-Mg, coz náznácuje roli elektrostátických sil v tomto procesu. Týto výsledký návrhují moznou roli ATP v moduláci mikrotubul ásociováných procesu v ruzných bunecných i pátologických procesech. Klícová slová: mikrotubul, MCAK, ATP,...

Adenosine triphosphate (ATP) is a well-known molecule in the context of energy metabolism, cellular signalling, and as a building block of nucleic acids. The intracellular concentration of ATP is in the millimolar range. ATP varies not only among cells but also fluctuates during the cell cycle, and aberrant levels of ATP are found in pathologies. ATP has been reported to bind to tubulin. However, the role of ATP in modulating the interactions of microtubules with associated proteins is unclear. Here we investigate the role of ATP in the interaction of Mitotic Centromere-Associated Kinesin (MCAK), a microtubule-depolymerizing kinesin, with the microtubule lattice. We show that ATP-Mg enhances binding of MCAK to the microtubule lattice and subsequently increases the depolymerization rate of the microtubule. Using an in vitro reconstitution assay, we found that the tripolyphosphate group of ATP in complex with magnesium increases the binding of MCAK to the microtubule, which enables destabilization of microtubule ends. Furthermore, MCAK showed increased binding preference for polyglutamylated microtubules in an increased ATP-Mg concentration, suggesting a role of electrostatic interactions in this process. These results suggest ATP as a possible modulator of microtubule-related processes in various...