Abstract Septins are GTP binding proteins considered to be a novel component of the cytoskeleton. They polymerize into filaments based on hetero-oligomeric core particles which, in humans, are either hexamers or octamers composed of two copies each of either three or four different septins from the 13 available. Not all combinations are possible as it is believed that these must obey substitution rules which determine that different septins must be derived from four distinct and well-established sub-groups. Here, we have purified and characterized one such combinations, SEPT5-SEPT6-SEPT7, and used TEM to derive the first structural information concerning its assembly. The full complex was purified using an affinity tag attached to only one of its components (SEPT7) and was able to bind to and perturb lipid bilayers. Although the complex assembled into elongated hexameric particles, the position of SEPT5 was incompatible with that predicted by the reported structure of SEPT2-SEPT6-SEPT7 based on the substitution rules. MBP-fusion constructs for SEPT5 and SEPT2 and immuno-staining clearly show that these septins occupy the terminal positions of the SEPT5-SEPT6-SEPT7 and SEPT2-SEPT6-SEPT7 hexamers, respectively. In so doing they expose a so-called NC interface which we show to be more susceptible to perturbation at high salt concentrations. Our results show that the true structure of the hexamer is inverted with respect to that described previously and, as such, is more compatible with that reported for yeast. Taken together, our results suggest that the mechanisms involved in spontaneous self-assembly of septin core particles and their filaments deserve further reflection.

SUMMARY Mitochondrial function, largely regulated by the dynamics of this organelle, is inextricably linked to oocyte health. While the proteins that modulate mitochondrial fusion, Mitofusin 1 (MFN1) and 2 (MFN2), are required for embryogenesis, their role in oocyte development remains unclear. Here we show that the oocyte-specific deletion of Mfn1 , but not Mfn2 , results in a complete loss of oocyte growth and ovulation due to a block in folliculogenesis at the preantral-to-antral follicle transition. We pinpoint the loss of oocyte ovulation to disrupted oocyte-somatic cell communication – Mfn1 -null oocytes are deficient for the production of the important somatic cell signaling factor GDF9. Unexpectedly, the double loss of Mfn1 and Mfn2 mitigates the effects on oocyte growth and ovulation, which is explained by a partial rescue of oocyte-somatic cell communication and folliculogenesis. Together, this work demonstrates that mitochondrial function influences communication of oocyte with follicular somatic cells and suggests that the balanced expression of modulators of mitochondrial dynamics is critical for proper oocyte development.

Septins are cytoskeletal proteins and their interaction with membranes is crucial for their role in various cellular processes. Septins have polybasic regions (PB1 and PB2) which are important for lipid interaction. Earlier, we and others have highlighted the role of the septin C-terminal domain (CTD) to membrane interaction. However, detailed information on residues/group of residues important for such feature is lacking. In this study, we investigate the lipid-binding profile of Schistosoma mansoni Septin10 (SmSEPT10) using PIP strip and Langmuir monolayer adsorption assays. Our findings highlight the CTD as the primary domain responsible for lipid interaction in SmSEPT10, showing binding to phosphatidylinositol phosphates. SmSEPT10 CTD contains a conserved polybasic region (PB3) present in both animals and fungi septins, and a Lys (K367) within its putative amphipathic helix (AH) that we demonstrate as important for lipid binding. PB3 deletion or mutation of this Lys (K367A) strongly impairs lipid interaction. Remarkably, we observe that the AH within a construct lacking the final 43 amino acid residues is insufficient for lipid binding. Furthermore, we investigate the homocomplex formed by SmSEPT10 CTD in solution by cross-linking experiments, CD spectroscopy, SEC-MALS and SEC-SAXS. Taken together, our studies define the lipid-binding region in SmSEPT10 and offer insights into the molecular basis of septin-membrane binding. This information is particularly relevant for less-studied non-human septins, such as SmSEPT10.

Septins are filamentous nucleotide-binding proteins which can associate with membranes in a curvature-dependent manner leading to structural remodelling and barrier formation. Ciona intestinalis, a model for exploring the development and evolution of the chordate lineage, has only four septin-coding genes within its genome. These represent orthologues of the four classical mammalian subgroups, making it a minimalist non-redundant model for studying the modular assembly of septins into linear oligomers and thereby filamentous polymers. Here, we show that C. intestinalis septins present a similar biochemistry to their human orthologues and also provide the cryo-EM structures of an octamer, a hexamer and a tetrameric sub-complex. The octamer, which has the canonical arrangement (2-6-7-9-9-7-6-2) clearly shows an exposed NC-interface at its termini enabling copolymerization with hexamers into mixed filaments. Indeed, only combinations of septins which had CiSEPT2 occupying the terminal position were able to assemble into filaments via NC-interface association. The CiSEPT7-CiSEPT9 tetramer is the smallest septin particle to be solved by Cryo-EM to date and its good resolution (2.7Å) provides a well-defined view of the central NC-interface. On the other hand, the CiSEPT7-CiSEPT9 G-interface shows signs of fragility permitting toggling between hexamers and octamers, similar to that seen in human septins but not in yeast. The new structures provide insights concerning the molecular mechanism for cross-talk between adjacent interfaces. This indicates that C. intestinalis may represent a valuable tool for future studies, fulfilling the requirements of a complete but simpler system to understand the mechanisms behind the assembly and dynamics of septin filaments.

Abstract Successful plant reproduction depends on the adequate development of flower organs controlled by cell proliferation and other processes. The SCI1 gene regulates cell proliferation and affects the final size of the female reproductive organ. To unravel the molecular mechanism exerted by SCI1 in cell proliferation control, we searched for its interaction partners through semi-in vivo pulldown experiments, uncovering a cyclin-dependent kinase, NtCDKG;2. Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) and co-localization experiments showed that SCI1 interacts with NtCDKG;2 and its cognate NtCyclin L in nucleoli and splicing speckles. The screening of a yeast two-hybrid (Y2H) cDNA library using SCI1 as bait revealed a novel DEAD-box RNA helicase (NtRH35). The interaction between the NtCDKG;2-NtCyclin L complex, and NtRH35 was also shown. Subcellular localization experiments showed that SCI1, NtRH35, and the NtCDKG;2-NtCyclin L complex associate with each other within splicing speckles. The Y2H screening of NtCDKG;2 and NtRH35 identified the conserved spliceosome components U2a', NKAP, and CACTIN. This work presents SCI1 and its interactors NtCDKG;2-NtCyclin L complex, and NtRH35 as new spliceosome-associated proteins. Our findings reveal a network of interactions and suggest that SCI1 may regulate cell proliferation through the splicing process. This study provides new valuable insights into the intricate molecular pathways governing plant development.

ABSTRACT Septins, often described as the fourth component of the cytoskeleton, are structural proteins found in a vast variety of living beings. They are related to small GTPases and thus, generally, present GTPase activity which may play an important (although incompletely understood) role in their organization and function. Septins polymerase into long non-polar filaments, in which each subunit interacts with two others by alternating interfaces, NC and G. In Saccharomyces cerevisiae four septins are organized in the following manner, [Cdc11-Cdc12-Cdc3-Cdc10- Cdc10-Cdc3-Cdc12-Cdc11] n in order to form filaments. Although septins were originally discovered in yeast and much is known regarding their biochemistry and function, only limited structural information about them is currently available. Here we present crystal structures of Cdc3/Cdc10 which provide the first view of the physiological interfaces formed by yeast septins. The G-interface has properties which place it in between that formed by SEPT2/SEPT6 and SEPT7/SEPT3 in human filaments. Switch I from Cdc10 contributes significantly to the interface, whereas in Cdc3 it is largely disorded. However, the significant negative charge density of the latter suggests it may have a unique role. At the NC-interface, we describe an elegant means by which the sidechain of a glutamine from helix α 0 imitates a peptide group in order to retain hydrogen-bond continuity at the kink between helices α 5 and α 6 in the neighbouring subunit, thereby justifying the conservation of the helical distortion. Its absence from Cdc11, along with this structure’s other unusual features are critically discussed by comparison with Cdc3 and Cdc10. GRAPHICAL ABSTRACT HIGHLIGHTS The first crystal structure of a yeast septin heterodimer (Cdc3-Cdc10) provides important insights into their structural biology. Identification of common features and differences between yeast and human septins, sheds light on the unique characteristics of yeast septin filaments. The Cdc3G-Cdc10 Δ1-10 crystal structure could be a crucial piece of the puzzle towards obtaining a high-resolution cryo-EM structure of the yeast septin octamer.

ABSTRACT The assembly of a septin filament requires that homologous monomers must distinguish between one another in establishing appropriate interfaces with their neighbours. To understand this phenomenon at the molecular level, we present the first four crystal structures of heterodimeric septin complexes. We describe in detail the two distinct types of G-interface present within the octameric particles which must polymerize to form filaments. These are formed between SEPT2 and SEPT6 and between SEPT7 and SEPT3, and their description permits an understanding of the structural basis for the selectivity necessary for correct filament assembly. By replacing SEPT6 by SEPT8 or SEPT11, it is possible to rationalize Kinoshita’s postulate which predicts the exchangeability of septins from within a subgroup. Switches I and II, which in classical small GTPases provide a mechanism for nucleotide-dependent conformational change, have been repurposed in septins to play a fundamental role in molecular recognition. Specifically, it is switch I which holds the key to discriminating between the two different G-interfaces. Moreover, residues which are characteristic for a given subgroup play subtle, but pivotal, roles in guaranteeing that the correct interfaces are formed. HIGHLIGHTS High resolution structures of septin heterodimeric complexes reveal new interactions Switches of small GTPases are repurposed in septins to play key roles in interface contacts The GTP present in catalytically inactive septins participates in molecular recognition Conservation of interface residues allows for subunit exchangeability from within septin subgroups Specific residues for each septin subgroup provide selectivity for proper filament assembly GRAPHICAL ABSTRACT