Microtubules are polymerized dimers of α- and β-tubulin that underlie a broad range of cellular activities. Acetylation of α-tubulin by the acetyl-transferase ATAT1 modulates microtubule dynamics and functions in neurons. However, it remains unclear how and why this enzyme acetylates microtubules over long distances in axons. Here, we show that loss of ATAT1 impairs axonal transport in neurons and cell free motility assays confirm a requirement of tubulin acetylation for proper bidirectional vesicular transport. Moreover, we demonstrate that the main cellular pool of ATAT1 is transported at the cytosolic side of neuronal vesicles that are moving along axons. Altogether, our data suggest that axonal transport of ATAT1-enriched vesicles is the predominant driver of α-tubulin acetylation in axons.

Abstract Microtubule (MT)-based transport is an evolutionary conserved processed finely tuned by posttranslational modifications. Among them, α-tubulin acetylation, which is catalyzed by the α-tubulin N-acetyltransferase 1, Atat1, promotes the recruitment and processivity of molecular motors along MT tracks. However, the mechanisms that controls Atat1 activity remains poorly understood. Here, we show that a pool of vesicular ATP-citrate lyase Acly acts as a rate limiting enzyme to modulate Atat1 activity by controlling availability of Acetyl-Coenzyme-A (Acetyl-CoA). In addition, we showed that Acly expression is reduced upon loss of Elongator activity, further connecting Elongator to Atat1 in the pathway regulating α -tubulin acetylation and MT-dependent transport in projection neurons, across species. Remarkably, comparable defects occur in fibroblasts from Familial Dysautonomia (FD) patients bearing an autosomal recessive mutation in the gene coding for the Elongator subunit ELP1. Our data may thus shine new light on the pathophysiological mechanisms underlying FD.