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.

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.