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Microtubules in Asgard archaea

  • Florian Wollweber
  • , Jingwei Xu
  • , Rafael I Ponce-Toledo
  • , Florina Marxer
  • , Thiago Rodrigues-Oliveira
  • , Anja Pössnecker
  • , Zhen-Hao Luo
  • , Jessie James Limlingan Malit
  • , Anastasiia Kokhanovska
  • , Michal Wieczorek
  • , Christa Schleper
  • , Martin Pilhofer

Veröffentlichungen: Beitrag in FachzeitschriftArtikelPeer Reviewed

Abstract

Microtubules are a hallmark of eukaryotes. Archaeal and bacterial homologs of tubulins typically form homopolymers and non-tubular superstructures. The origin of heterodimeric tubulins assembling into microtubules remains unclear. Here, we report the discovery of microtubule-forming tubulins in Asgard archaea, the closest known relatives of eukaryotes. These Asgard tubulins (AtubA/B) are closely related to eukaryotic α/β-tubulins and the enigmatic bacterial tubulins BtubA/B. Proteomics of Candidatus Lokiarchaeum ossiferum showed that AtubA/B were highly expressed. Cryoelectron microscopy structures demonstrate that AtubA/B form eukaryote-like heterodimers, which assembled into 5-protofilament bona fide microtubules in vitro. The additional paralog AtubB2 lacks a nucleotide-binding site and competitively displaced AtubB. These AtubA/B2 heterodimers polymerized into 7-protofilament non-canonical microtubules. In a sub-population of Ca. Lokiarchaeum ossiferum cells, cryo-tomography revealed tubular structures, while expansion microscopy identified AtubA/B cytoskeletal assemblies. Our findings suggest a pre-eukaryotic origin of microtubules and provide a framework for understanding the fundamental principles of microtubule assembly.
OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)2451-2464.e26
FachzeitschriftCell
Jahrgang188
Ausgabenummer9
Frühes Online-Datum19 März 2025
DOIs
PublikationsstatusVeröffentlicht - 1 Mai 2025

Fördermittel

We thank Roscislaw Krutyholowa and Bin Cai for help with the insect cell expression system and cryo-EM sample preparation; Karin Hager and Fatma Baraket for technical help with Lokiarchaeum cultivation; the Functional Genomics Center of the University of Z\u00FCrich and ETH Z\u00FCrich (FGCZ) and Paolo Nanni, Jonas Grossmann, Laura Kunz, and Sibylle Pfammatter for proteomic analysis; Pavel Afanasyev (ETH Z\u00FCrich Cryo-EM Knowledge Hub) for advice on data processing; Hans-Joachim Ruscheweyh and Shinichi Sunagawa for help in identifying AtubA/B homologs in the mOTUS database; Marine Laporte, Paul Guichard, and Virginie Hamel for help in establishing expansion microscopy for Ca. L. ossiferum; Michele Castelli for feedback on an earlier version of this manuscript; Margot Riggi (Max Planck Institute for Biochemistry) for generating an illustration of the data; and the imaging platform ScopeM at ETH Z\u00FCrich for instrument access. BtubA/B were purified in a previous study34 in the lab of Grant J. Jensen/Protein Expression Center at Caltech. This work was supported by an ETH Z\u00FCrich Career Seed Award (to F.W.), an SNSF SPARK grant (229135 to F.W.), an ETH Z\u00FCrich Research Grant (22 22-1 to M.W.), SNSF Project Grants (310030_208120 to M.W. and 10002842 to M.P.), an SNSF Starting Grant (TMSGI3_211309 to M.W.), the Austrian Science Fund (FWF Z437 to C.S.), the European Research Council (AdG TACKLE 695192 to C.S. and CoG Cryo-ET4Diversity 101000232 to M.P.), and the NOMIS Foundation (to M.P.).

ÖFOS 2012

  • 106022 Mikrobiologie

Fingerprint

Untersuchen Sie die Forschungsthemen von „Microtubules in Asgard archaea“. Zusammen bilden sie einen einzigartigen Fingerprint.
  • Ökologie und Evolution der Archaea, Umweltgenomik

    Schleper, C. (Projektleiter*in), Jandl, N. (Projektadministrator*in), Rodrigues de Oliveira, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Monserrat i Diez, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Weber, P. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Hager, K. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Harrer, S. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Pozaric, F. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Grant, E. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Perier, Ü. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Znidaric, N. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Radler, P. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Viehböck, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Maslac, N. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Luo, Z.-H. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Wimmer, E. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Zwicker, J. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Sun, Z. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Karavaeva, V. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in) & Baraket, F. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in)

    1/03/2329/02/28

    Projekt: Forschungsförderung

  • TACKLE: TACK Superphylum and Lokiarchaeota Evolution: Dissecting the Ecology and Evolution of Archaea to Elucidate the Prokaryote to Eukaryote Transition

    Schleper, C. (Projektleiter*in), Jandl, N. (Projektadministrator*in), Kozlowski, J. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Angeler, T. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Alves, R. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mertens, L. M. Y. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mardini, M. A. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Wimmer, E. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Manoharan, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Taubner, R.-S. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Bagnoud, A. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Pribasnig, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Zink, I. A. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), De Silva, J. M. K. (Technische*r Projektmitarbeiter*in), Melcher, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Amano, C. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mauerhofer, L.-M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Ponce Toledo, R. I. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Rodrigues de Oliveira, T. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Mousavian, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Monserrat i Diez, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Perier, Ü. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Hodgskiss, L. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Ward, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in), Hager, K. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in) & Kerou, M. (Wissenschaftliche*r Projektmitarbeiter*in)

    1/08/1631/07/22

    Projekt: Forschungsförderung

Zitationsweisen