Published December 15, 2020 | Version v1
Publication Open

Alpha-tubulin acetylation in Trypanosoma cruzi: a dynamic instability of microtubules is required for replication and cell cycle progression

Creators

  • 1. National University of Rosario
  • 2. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario
  • 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 4. National Institute of Science and Technology for Structural Biology and Bioimaging
  • 5. Universidade Federal do Rio de Janeiro

Description

Abstract Trypanosomatids have a cytoskeleton arrangement that is simpler than what is found in most eukaryotic cells. However, it is precisely organized and constituted by stable microtubules. Such microtubules compose the mitotic spindle during mitosis, the basal body, the flagellar axoneme and the subpellicular microtubules, which are connected to each other and also to the plasma membrane forming a helical arrangement along the central axis of the parasite cell body. Subpellicular, mitotic and axonemal microtubules are extensively acetylated in Trypanosoma cruzi . Acetylation on lysine (K) 40 of α-tubulin is conserved from lower eukaryotes to mammals and is associated with microtubule stability. It is also known that K40 acetylation occurs significantly on flagella, centrioles, cilia, basal body and the mitotic spindle in eukaryotes. Several tubulin posttranslational modifications, including acetylation of K40, have been catalogued in trypanosomatids, but the functional importance of these modifications for microtubule dynamics and parasite biology remains largely undefined. The primary tubulin acetyltransferase that delivers this modification was recently identified in several eukaryotes as Mec-17/ATAT, a Gcn5-related N-acetyltransferase. Here, we report that T. cruzi ATAT acetylates α-tubulin in vivo and is capable of auto-acetylation. Tc ATAT is located in the cytoskeleton and flagella of epimastigotes and colocalizes with acetylated α-tubulin in these structures. We have expressed Tc ATAT with an HA tag using the inducible vector p Tc INDEX-GW in T. cruzi . Over-expression of Tc ATAT causes increased levels of the acetylated isoform, induces morphological and ultrastructural defects, especially in the mitochondrion, and causes a halt in the cell cycle progression of epimastigotes, which is related to an impairment of the kinetoplast division. Finally, as a result of Tc ATAT over-expression we observed that parasites became more resistant to microtubule depolymerizing drugs. These results support the idea that α-tubulin acetylation levels are finely regulated for the normal progression of T. cruzi cell cycle.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تحتوي المثقبيات المجردة على ترتيب هيكل خلوي أبسط مما هو موجود في معظم الخلايا حقيقية النواة. ومع ذلك، يتم تنظيمه وتشكيله بدقة بواسطة الأنابيب الدقيقة المستقرة. تشكل هذه الأنابيب الدقيقة المغزل الفتيلي أثناء الانقسام الفتيلي، والجسم القاعدي، والخيط المحوري، والأنابيب الدقيقة تحت الجليدية، والتي ترتبط ببعضها البعض وأيضًا بغشاء البلازما الذي يشكل ترتيبًا حلزونيًا على طول المحور المركزي لجسم الخلية الطفيلية. يتم أسيتيل الأنابيب الدقيقة تحت الجليدية والفتيلية والمحورية على نطاق واسع في المثقبية الكروزية . يتم حفظ الأسيتيل على ليسين (K) 40 من ألفا توبيولين من حقيقيات النوى السفلية إلى الثدييات ويرتبط باستقرار الأنابيب الدقيقة. من المعروف أيضًا أن أسيتلة K40 تحدث بشكل كبير على السوط، والمراكز، والأهداب، والجسم القاعدي والمغزل الانقسامي في حقيقيات النوى. تم فهرسة العديد من تعديلات ما بعد الترجمة للأنبوب، بما في ذلك أسيتيل K40، في المثقبيات، لكن الأهمية الوظيفية لهذه التعديلات لديناميكيات الأنابيب الدقيقة وبيولوجيا الطفيليات لا تزال غير محددة إلى حد كبير. تم تحديد ناقلة أسيتيل التوبولين الأولية التي توفر هذا التعديل مؤخرًا في العديد من حقيقيات النوى على أنها Mec -17/ATAT، وهي ناقلة أسيتيل N مرتبطة بـ Gcn5. هنا، نذكر أن T. cruzi ATAT أسيتيلات ألفا توبولين في الجسم الحي وقادر على الأسيتيل التلقائي. يقع Tc ATAT في الهيكل الخلوي والسوط من epimastigotes ويتركز مع α - tubulin الأسيتيل في هذه الهياكل. لقد عبرنا عن Tc ATAT بعلامة HA باستخدام المتجه القابل للحث p Tc INDEX - GW في T. cruzi . يؤدي التعبير المفرط عن Tc ATAT إلى زيادة مستويات الإيسوفورم الأسيتيلاتي، ويحث على عيوب مورفولوجية وفائقة البنية، خاصة في الميتوكوندريون، ويسبب توقفًا في تقدم دورة الخلية للشرج، والذي يرتبط بضعف انقسام الحركية. أخيرًا، نتيجة للتعبير المفرط عن Tc ATAT، لاحظنا أن الطفيليات أصبحت أكثر مقاومة لأدوية إزالة البلمرة من الأنابيب الدقيقة. تدعم هذه النتائج فكرة أن مستويات أسيتيل ألفا توبولين يتم تنظيمها بدقة من أجل التطور الطبيعي لدورة الخلايا التائية الكروزية.

Translated Description (French)

Les trypanosomatides abstraites ont un arrangement cytosquelettique plus simple que celui que l'on trouve dans la plupart des cellules eucaryotes. Cependant, il est précisément organisé et constitué de microtubules stables. De tels microtubules composent le fuseau mitotique pendant la mitose, le corps basal, l'axonème flagellaire et les microtubules subpelliculaires, qui sont connectés les uns aux autres et également à la membrane plasmique formant un arrangement hélicoïdal le long de l'axe central du corps cellulaire parasite. Les microtubules subpelliculaires, mitotiques et axonémiques sont largement acétylés chez Trypanosoma cruzi . L'acétylation sur la lysine (K) 40 de l'α-tubuline est conservée des eucaryotes inférieurs aux mammifères et est associée à la stabilité des microtubules. On sait également que l'acétylation de K40 se produit de manière significative sur les flagelles, les centrioles, les cils, le corps basal et le fuseau mitotique chez les eucaryotes. Plusieurs modifications post-traductionnelles de la tubuline, y compris l'acétylation de K40, ont été cataloguées chez les trypanosomatides, mais l'importance fonctionnelle de ces modifications pour la dynamique des microtubules et la biologie parasitaire reste largement indéfinie. La tubuline acétyltransférase primaire qui délivre cette modification a été récemment identifiée chez plusieurs eucaryotes comme Mec-17/ATAT, une N-acétyltransférase liée à Gcn5. Ici, nous rapportons que T. cruzi ATAT acétylate l'α-tubuline in vivo et est capable d'auto-acétylation. Le Tc ATAT est situé dans le cytosquelette et les flagelles des épimastigotes et se colocalise avec l'α-tubuline acétylée dans ces structures. Nous avons exprimé Tc ATAT avec une étiquette HA en utilisant le vecteur inductible p Tc INDEX-GW chez T. cruzi . La surexpression de Tc ATAT provoque une augmentation des niveaux de l'isoforme acétylée, induit des défauts morphologiques et ultrastructuraux, en particulier dans la mitochondrie, et provoque un arrêt de la progression du cycle cellulaire des épimastigotes, ce qui est lié à une altération de la division du kinétoplaste. Enfin, à la suite de la surexpression de Tc ATAT, nous avons observé que les parasites devenaient plus résistants aux médicaments dépolymérisants des microtubules. Ces résultats soutiennent l'idée que les niveaux d'acétylation de l'α-tubuline sont finement régulés pour la progression normale du cycle cellulaire de T. cruzi.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las tripanosomátidas tienen una disposición del citoesqueleto que es más simple que la que se encuentra en la mayoría de las células eucariotas. Sin embargo, está precisamente organizado y constituido por microtúbulos estables. Dichos microtúbulos componen el huso mitótico durante la mitosis, el cuerpo basal, el axonema flagelar y los microtúbulos subpeliculares, que están conectados entre sí y también a la membrana plasmática formando una disposición helicoidal a lo largo del eje central del cuerpo celular del parásito. Los microtúbulos subpeliculares, mitóticos y axonémicos están ampliamente acetilados en Trypanosoma cruzi . La acetilación en la lisina (K) 40 de la α-tubulina se conserva desde los eucariotas inferiores hasta los mamíferos y se asocia con la estabilidad de los microtúbulos. También se sabe que la acetilación de K40 ocurre significativamente en flagelos, centriolos, cilios, cuerpo basal y el huso mitótico en eucariotas. Se han catalogado varias modificaciones postraduccionales de la tubulina, incluida la acetilación de K40, en tripanosomátidos, pero la importancia funcional de estas modificaciones para la dinámica de los microtúbulos y la biología de los parásitos sigue siendo en gran medida indefinida. La tubulina acetiltransferasa primaria que proporciona esta modificación se identificó recientemente en varios eucariotas como Mec-17/ATAT, una N-acetiltransferasa relacionada con Gcn5. Aquí, informamos que T. cruzi ATAT acetila la α-tubulina in vivo y es capaz de autoacetilarse. Tc ATAT se encuentra en el citoesqueleto y los flagelos de los epimastigotes y se colocaliza con α-tubulina acetilada en estas estructuras. Hemos expresado Tc ATAT con una etiqueta HA utilizando el vector inducible p Tc INDEX-GW en T. cruzi . La sobreexpresión de Tc ATAT provoca un aumento de los niveles de la isoforma acetilada, induce defectos morfológicos y ultraestructurales, especialmente en la mitocondria, y provoca una parada en la progresión del ciclo celular de los epimastigotes, que está relacionada con un deterioro de la división de los cinetoplastos. Finalmente, como resultado de la sobreexpresión de Tc ATAT, observamos que los parásitos se volvieron más resistentes a los fármacos despolimerizantes de microtúbulos. Estos resultados apoyan la idea de que los niveles de acetilación de α-tubulina están finamente regulados para la progresión normal del ciclo celular de T. cruzi.

Files

pdf.pdf

Files (13.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e1a756f2cf485584c9bbf3a9fdd40532
13.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
أسيتلة ألفا توبولين في المثقبية الكروزية: هناك حاجة إلى عدم استقرار ديناميكي للأنابيب الدقيقة للتكاثر وتطور دورة الخلية
Translated title (French)
Acétylation de l'alpha-tubuline chez Trypanosoma cruzi : une instabilité dynamique des microtubules est nécessaire pour la réplication et la progression du cycle cellulaire
Translated title (Spanish)
Acetilación de alfa-tubulina en Trypanosoma cruzi: se requiere una inestabilidad dinámica de los microtúbulos para la replicación y la progresión del ciclo celular

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3111628239
DOI
10.1101/2020.12.15.422917

Is supplement to
https://openalex.org/W4212812951 (Other)
https://openalex.org/W2473239821 (Other)
https://openalex.org/W2319616636 (Other)
https://openalex.org/W2318771776 (Other)
https://openalex.org/W2152298405 (Other)
https://openalex.org/W2063581793 (Other)
https://openalex.org/W2051659995 (Other)
https://openalex.org/W2049477499 (Other)
https://openalex.org/W1984750217 (Other)
https://openalex.org/W1827733533 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1487331926
  • https://openalex.org/W1521459103
  • https://openalex.org/W1577946311
  • https://openalex.org/W1585324347
  • https://openalex.org/W1946296350
  • https://openalex.org/W1967609695
  • https://openalex.org/W1984167248
  • https://openalex.org/W1985808721
  • https://openalex.org/W1989550780
  • https://openalex.org/W1991556097
  • https://openalex.org/W1994357999
  • https://openalex.org/W2002139565
  • https://openalex.org/W2009321361
  • https://openalex.org/W2012103506
  • https://openalex.org/W2014472487
  • https://openalex.org/W2026853363
  • https://openalex.org/W2029076396
  • https://openalex.org/W2050148731
  • https://openalex.org/W2052306339
  • https://openalex.org/W2062584366
  • https://openalex.org/W2062795675
  • https://openalex.org/W2064959533
  • https://openalex.org/W2075376161
  • https://openalex.org/W2078216835
  • https://openalex.org/W2089393338
  • https://openalex.org/W2092697567
  • https://openalex.org/W2096098356
  • https://openalex.org/W2097459416
  • https://openalex.org/W2106160709
  • https://openalex.org/W2107177813
  • https://openalex.org/W2112445405
  • https://openalex.org/W2112742525
  • https://openalex.org/W2125258917
  • https://openalex.org/W2138816428
  • https://openalex.org/W2140197466
  • https://openalex.org/W2144874262
  • https://openalex.org/W2155768517
  • https://openalex.org/W2157106689
  • https://openalex.org/W2157284742
  • https://openalex.org/W2275061266
  • https://openalex.org/W2314059133
  • https://openalex.org/W2314577577
  • https://openalex.org/W2333694147
  • https://openalex.org/W2439473447
  • https://openalex.org/W2522470354
  • https://openalex.org/W2547265118
  • https://openalex.org/W2563212203
  • https://openalex.org/W2591669685
  • https://openalex.org/W2602849150
  • https://openalex.org/W2615842541
  • https://openalex.org/W2769348305
  • https://openalex.org/W2794251567
  • https://openalex.org/W2807962932
  • https://openalex.org/W2901814514
  • https://openalex.org/W2909456234
  • https://openalex.org/W2917576966
  • https://openalex.org/W2972771025