ABSTRACT Cytokinesis in trypanosome occurs uni-directionally along the longitudinal axis from the cell anterior towards the cell posterior and requires a trypanosome-specific CIF1-CIF2 protein complex. However, little is known about the contribution of the structural motifs in CIF1 and CIF2 to complex assembly and cytokinesis. Here, we demonstrated that the two zinc-finger motifs but not the coiled-coil motif in CIF1 are required for interaction with the EF-hand motifs in CIF2. We further showed that localization of CIF1 depends on the coiled-coil motif and the first zinc-finger motif and that localization of CIF2 depends on the EF-hand motifs. Deletion of the coiled-coil motif and mutation of either zinc-finger motifs in CIF1 disrupted cytokinesis. Further, mutation of either zinc-finger motif in CIF1 mis-localized CIF2 to the cytosol and destabilized CIF2, whereas deletion of the coiled-coil motif in CIF1 spread CIF2 over to the new flagellum attachment zone and stabilized CIF2. Together, these results uncovered the requirement of the coiled-coil motif and zinc-finger motifs for CIF1 function in cytokinesis and for CIF2 localization and stability, providing structural insights into the functional interplay between the two cytokinesis regulators.

Abstract The flagellar pocket (FP) is the only endo- and exocytic organelle in most trypanosomes and, as such, is essential throughout the life cycle of the parasite. The neck of the FP is maintained enclosed around the flagellum via the flagellar pocket collar (FPC). The FPC is a macromolecular cytoskeletal structure and is essential for the formation of the FP and cytokinesis. FPC biogenesis and structure are poorly understood, mainly due to the lack of information on FPC composition. To date, only two FPC proteins, BILBO1 and FPC4, have been characterized. BILBO1 forms a molecular skeleton upon which other FPC proteins can, theoretically, dock onto. We previously identified FPC4 as the first BILBO1 interacting partner and demonstrated that its C-terminal domain interacts with the BILBO1 N-terminal domain (NTD). Here, we report the characterization of a new FPC component and BILBO1 partner protein, BILBO2 (Tb927.6.3240) by yeast two-hybrid screen, bioinformatics, functional and structural studies. We show that BILBO2 colocalizes with BILBO1 and can modulate the shape of the BILBO1 filament by interacting with the BILBO1 EF-hand domains. Further, we demonstrate that BILBO1 and BILBO2 share a homologous NTD domain and that both domains interact with FPC4. We have determined a 1.9 Å resolution crystal structure of the BILBO2 NTD in complex with the FPC4 BILBO1-binding domain. Together with mutational analyses, our studies reveal key residues for the function of the BILBO2 NTD and its interaction with FPC4 and evidenced a tripartite interaction between BILBO1, BILBO2, and FPC4. Our work sheds light on the first atomic structure of an FPC protein complex and represents a significant step in deciphering the FPC function in Trypanosoma brucei and other pathogenic kinetoplastids. Author summary Trypanosomes belong to a group of zoonotic, protist, parasites that are found in Africa, Asia, South America, and Europe and are responsible for severe human and animal diseases. They all have a common structure called the flagellar pocket (FP). In most trypanosomes, all macromolecular exchanges between the trypanosome and the environment occur via the FP. The FP is thus essential for cell viability and evading the host immune response. We have been studying the flagellar pocket collar (FPC), an enigmatic macromolecular structure at the neck of the FP, and demonstrated its essentiality for the biogenesis of the FP. We demonstrated that BILBO1 is an essential protein of the FPC that interacts with other proteins including a microtubule-binding protein FPC4. Here we identify another bona fide FPC protein, BILBO2, so named because of close similarity with BILBO1 in protein organization and functional domains. We demonstrate that BILBO1 and BILBO2 share a common N-terminal domain involved in the interaction with FPC4, and illustrate a tripartite interaction between BILBO1, BILBO2, and FPC4. Our study also provides the first atomic view of two FPC components. These data represent an additional step in deciphering the FPC structure and function in T. brucei .