The distal appendages (DAPs) of centrioles have been proposed to anchor cilia to the plasma membrane, but their molecular composition, assembly, and exact function in ciliogenesis remain poorly understood. Using quantitative centrosome proteomics and superresolution microscopy, we identified five DAP components, including one previously described (CEP164), one partially characterized (CEP89 [ccdc123]), and three novel (CEP83 [ccdc41], SCLT1, and FBF1) DAP proteins. Analyses of DAP assembly revealed a hierarchy. CEP83 recruits both SCLT1 and CEP89 to centrioles. Subsequent recruitment of FBF1 and CEP164 is independent of CEP89 but mediated by SCLT1. All five DAP components are essential for ciliogenesis; loss of CEP83 specifically blocks centriole-to-membrane docking. Undocked centrioles fail to recruit TTBK2 or release CP110, the two earliest modifications found on centrioles prior to cilia assembly, revealing centriole-to-membrane docking as a temporal and spatial cue promoting cilia initiation.

Distal appendages (DAPs) are nanoscale, pinwheel-like structures protruding from the distal end of the centriole that mediate membrane docking during ciliogenesis, marking the cilia base around the ciliary gate. Here, we determined a superresolved multiplex of 16 centriole-distal-end components. Surprisingly, rather than pinwheels, intact DAPs exhibit a cone-shaped architecture with components filling the space between each pinwheel blade, a new structural element we termed the distal appendage matrix (DAM). Specifically, CEP83, CEP89, SCLT1, and CEP164 form the backbone of pinwheel blades, with CEP83 confined at the root and CEP164 extending to the tip near the membrane-docking site. By contrast, FBF1 marks the distal end of the DAM near the ciliary membrane. Strikingly, unlike CEP164 which is essential for ciliogenesis, FBF1 is required for ciliary gating of transmembrane proteins, revealing DAPs as an essential component of the ciliary gate. Our findings redefine both the structure and function of DAPs.

Primary cilia are microtubule-based organelles that detect mechanical and chemical stimuli. Although cilia house a number of oncogenic molecules (including Smoothened, KRAS, EGFR, and PDGFR), their precise role in cancer remains unclear. We have interrogated the role of cilia in acquired and de novo resistance to a variety of kinase inhibitors, and found that in several examples, resistant cells are distinctly characterized by an increase in the number and/or length of cilia with altered structural features. Changes in cilia length seem to be linked to the lack of recruitment of Kif7 and IFT81 to cilia tips, and result in enhanced hedgehog pathway activation. Notably, Kif7 knockdown is sufficient to confer drug resistance in drug sensitive cells. Conversely, targeting of cilia length or integrity through genetic and pharmacological approaches overcomes kinase inhibitor resistance. The identification of a broad mechanism of pathway-unbiased drug resistance, represents a major advancement in oncology, and helps define a specific and important role for cilia in human cancer.

Abstract Centriole and/or cilia defects are characteristic of cancer cells and have been linked to cancer cell invasion. However, the mechanistic basis of these effects is unknown. Spindle assembly abnormal protein 6 homolog (SAS-6) is essential for centriole biogenesis and cilia formation. In cycling cells, SAS-6 undergoes APC Cdh1 -mediated targeted degradation by the 26S proteasome at the end of mitosis. Little is known about the function of SAS-6 outside of centrosome biogenesis. To examine this, we expressed a non-degradable SAS-6 mutant (SAS-6ND). Expression of SAS-6ND led to an increase in ciliation and cilia-dependent cell invasion, and caused an upregulation of the YAP/TAZ pathway. YAP/TAZ or ciliogenesis inhibition prevented SAS-6-induced invasion. SAS-6ND caused increased actin alignment and stress fiber coherency, and nuclear flattening known to promote YAP nuclear import. Finally, data from The Cancer Genome Atlas showed that SAS-6 overexpression is associated with poor prognosis in various cancers. Our data provide evidence for a defined role of SAS-6 in cancer cell invasion and offers mechanistic insight into the role of YAP/TAZ in this cilia-sensitive process. Synopsis SAS-6 overexpressing cells show increased ciliation, actin cytoskeleton reorganization, cell flattening, YAP pathway activation and increased invasion