Abstract Centrioles are microtubule-based organelles required for the formation of centrosomes and cilia. Centriolar microtubules, unlike their cytosolic counterparts, grow very slowly and are very stable. The complex of centriolar proteins CP110 and CEP97 forms a cap that stabilizes the distal centriole end and prevents its over-elongation. Here, we used in vitro reconstitution assays to show that whereas CEP97 does not interact with microtubules directly, CP110 specifically binds microtubule plus ends, potently blocks their growth and induces microtubule pausing. Cryo-electron tomography indicated that CP110 binds to the luminal side of microtubule plus ends and reduces protofilament peeling. Furthermore, CP110 directly interacts with another centriole biogenesis factor, CPAP/SAS- 4, which tracks growing microtubule plus ends, slows down their growth and prevents catastrophes. CP110 and CPAP synergize in inhibiting plus-end growth, and this synergy depends on their direct binding. Together, our data reveal a molecular mechanism controlling centriolar microtubule plus- end dynamics and centriole biogenesis.

Abstract γ-tubulin ring complex (γ-TuRC) is the major microtubule-nucleating factor. After nucleation, microtubules can be released from γ-TuRC and stabilized by other proteins, such as CAMSAPs, but the biochemical cross-talk between minus-end regulation pathways is poorly understood. Here, we reconstituted this process in vitro using purified components. We found that all CAMSAP proteins could bind to the minus-ends of γ-TuRC-attached microtubules. CAMSAP2 and CAMSAP3, which decorate and stabilize growing minus ends, but not the minus-end tracking protein CAMSAP1 induced microtubule release from γ-TuRC. CDK5RAP2, a γ-TuRC-interactor, and CLASP2, a regulator of microtubule growth, stimulated γ-TuRC-dependent microtubule nucleation, but only CDK5RAP2 inhibited CAMSAP-driven microtubule detachment by suppressing CAMSAP binding to γ-TuRC-anchored minus ends. CDK5RAP2 also improved γ-TuRC selectivity for 13-rather than 14-protofilament microtubules in microtubule-capping assays. Our results support a model whereby CAMSAPs exploit an imperfect attachment between γ-TuRC and the nucleated microtubule to promote minus-end elongation and release, whereas CDK5RAP2 improves the fit between γ-TuRC and 13-protofilament microtubules and enhances nucleation.