Docking of HIV-1 Vpr to the nuclear envelope is mediated by the interaction with the nucleoporin hCG1

The HIV-1 genome contains several genes coding for auxiliary proteins, including the small Vpr protein. Vpr affects the integrity of the nuclear envelope and participates in the nuclear translocation of the preintegration complex containing the viral DNA. Here, we show by photobleaching experiments performed on living cells expressing a Vpr-green fluorescent protein fusion that the protein shuttles between the nucleus and the cytoplasm, but a significant fraction is concentrated at the nuclear envelope, supporting the hypothesis that Vpr interacts with components of the nuclear pore complex. An interaction between HIV-1 Vpr and the human nucleoporin CG1 (hCG1) was revealed in the yeast two-hybrid system, and then confirmed both in vitro and in transfected cells. This interaction does not involve the FG repeat domain of hCG1 but rather the N-terminal region of the protein. Using a nuclear import assay based on digitonin-permeabilized cells, we demonstrate that hCG1 participates in the docking of Vpr at the nuclear envelope. This association of Vpr with a component of the nuclear pore complex may contribute to the disruption of the nuclear envelope and to the nuclear import of the viral DNA.

Characterization of the nuclear import pathway for HIV-1 integrase

The karyophilic properties of the human immunodeficiency virus, type I (HIV-1) pre-integration complex (PIC) allow the virus to infect non-dividing cells. To better understand the mechanisms responsible for nuclear translocation of the PIC, we investigated nuclear import of HIV-1 integrase (IN), a PIC-associated viral enzyme involved in the integration of the viral genome in the host cell DNA. Accumulation of HIV-1 IN into nuclei of digitonin-permeabilized cells does not result from passive diffusion but rather from an active transport that occurs through the nuclear pore complexes. HIV-1 IN is imported by a saturable mechanism, implying that a limiting cellular factor is responsible for this process. Although IN has been previously proposed to contain classical basic nuclear localization signals, we found that nuclear accumulation of IN does not involve karyopherins alpha, beta1, and beta2-mediated pathways. Neither the non-hydrolyzable GTP analog, guanosine 5'-O-(thiotriphosphate), nor the GTP hydrolysis-deficient Ran mutant, RanQ69L, significantly affects nuclear import of IN, which depends instead on ATP hydrolysis. Therefore these results support the idea that IN import is not mediated by members of the karyopherin beta family. More generally, in vitro nuclear import of IN does not require addition of cytosolic factors, suggesting that cellular factor(s) involved in this active but atypical pathway process probably remain associated with the nuclear compartment or the nuclear pore complexes from permeabilized cells.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.

Microcantilever sensors for biochemical detection and analysis

Biochemical agents, including bacteria and toxins, are potentially dangerous and responsible for a wide variety of diseases. Reliable detection and characterization of small samples is necessary in order to reduce and eliminate their harmful consequences. Microcantilever sensors offer a potential alternative to the state of the art due to their small size, fast response time, and the ability to operate in air and liquid environments. At present, there are several technology limitations that inhibit application of microcantilever to biochemical detection and analysis, including difficulties in conducting temperature-sensitive experiments, material inadequacy resulting in insufficient cell capture, and poor selectivity of multiple analytes. This work aims to address several of these issues by introducing microcantilevers having integrated thermal functionality and by introducing nanocrystalline diamond as new material for microcantilevers. Microcantilevers are designed, fabricated, characterized, and used for capture and detection of cells and bacteria. The first microcantilever type described in this work is a silicon cantilever having highly uniform in-plane temperature distribution. The goal is to have 100 μm square uniformly heated area that can be used for thermal characterization of films as well as to conduct chemical reactions with small amounts of material. Fabricated cantilevers can reach above 300C while maintaining temperature uniformity of 2−4%. This is an improvement of over one order of magnitude over currently available cantilevers. The second microcantilever type is a doped single crystal silicon cantilever having a thin coating of ultrananocrystalline diamond (UNCD). The primary application of such a device is in biological testing, where diamond acts as a stable, electrically isolated reaction surface while silicon layer provides controlled heating with minimum variations in temperature. This work shows that composite cantilevers of this kind are an effective platform for temperature-sensitive biological experiments, such as heat lysing and polymerase chain reaction. The rapid heat-transfer of Si-UNCD cantilever compromised the membrane of NIH 3T3 fibroblast and lysed the cell nucleus within 30 seconds. Bacteria cells, Listeria monocytogenes V7, were shown to be captured with biotinylated heat-shock protein on UNCD surface and 90% of all viable cells exhibit membrane porosity due to high heat in 15 seconds. Lastly, a sensor made solely from UNCD diamond is fabricated with the intention of being used to detect the presence of biological species by means of an integrated piezoresistor or through frequency change monitoring. Since UNCD diamond has not been previously used in piezoresistive applications, temperature-denpendent piezoresistive coefficients and gage factors are determined first. The doped UNCD exhibits a significant piezoresistive effect with gauge factor of 7.53±0.32 and a piezoresistive coefficient of 8.12×10^−12 Pa^−1 at room temperature. The piezoresistive properties of UNCD are constant over the temperature range of 25−200C. 300 μm long cantilevers have the highest sensitivity of 0.186 m-Ohm/Ohm per μm of cantilever end deflection, which is approximately half that of similarly sized silicon cantilevers. UNCD cantilever arrays were fabricated consisting of four sixteen-cantilever arrays of length 20–90 μm in addition to an eight-cantilever array of length 120 μm. Laser doppler vibrometry (LDV) measured the cantilever resonant frequency, which ranged as 218 kHz−5.14 MHz in air and 73 kHz−3.68 MHz in water. The quality factor of the cantilever was 47−151 in air and 18−45 in water. The ability to measure frequencies of the cantilever arrays opens the possibility for detection of individual bacteria by monitoring frequency shift after cell capture.

Spliceosomal small nuclear ribonucleoprotein particle trafficking and maturation in the nuclear compartment

We show for the first time that upon injection into the cytoplasm of the oocyte, fluorescein-labeled spliceosomal snRNAs, in the context of functional snRNPs, are targeted to elongating pre-mRNAs. This finding presents us with a novel assay with which to dissect the mechanism by which snRNPs are targeted to nascent pre-mRNA transcripts. Two critical advantages offered by this system are immediately evident. First, it allows us to investigate the mechanisms employed to recruit snRNPs as it actually transpires within the realm of the cell nucleus. Second, it allows a genome-wide analysis of snRNP recruitment to nascent transcripts, and, hence, the conclusions drawn from these studies do not depend on the sequence of any particular promoter or pre-mRNA. Indeed, it is with this assay that we have stumbled upon a most unanticipated discovery: Contrary to the current paradigm, the co-transcriptional recruitment of splicing snRNPs to nascent transcripts is not contingent on their role in splicing in vivo. Based on these and other data, we have constructed a two-step recruitment-loading model wherein snRNPs are first recruited to pre-mRNA transcripts and only then loaded directly onto cis-acting sequences on nascent pre-mRNA. While conducting studies on snRNP trafficking, a new discovery was made. We found that the lampbrush chromosomes could be visualized by light microscopy in vivo, and that these chromosomes have an architecture that is identical with those in formaldehyde treated nuclear spread preparations. Importantly, we now have the first system with which we can examine the dynamic interactions of macromolecules with specific RNA polymerase II transcriptional units in the live nucleus.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.

Effect of microRNA-21 on the proliferation of human degenerated nucleus pulposus by targeting programmed cell death 4

This study aims to explore the effect of microRNA-21 (miR-21) on the proliferation of human degenerated nucleus pulposus (NP) by targeting programmed cell death 4 (PDCD4) tumor suppressor. NP tissues were collected from 20 intervertebral disc degeneration (IDD) patients, and from 5 patients with traumatic spine fracture. MiR-21 expressions were tested. NP cells from IDD patients were collected and divided into blank control group, negative control group (transfected with miR-21 negative sequences), miR-21 inhibitor group (transfected with miR-21 inhibitors), miR-21 mimics group (transfected with miR-21 mimics) and PDCD4 siRNA group (transfected with PDCD4 siRNAs). Cell growth was estimated by Cell Counting Kit-8; PDCD4, MMP-2,MMP-9 mRNA expressions were evaluated by qRT-PCR; PDCD4, c-Jun and p-c-Jun expressions were tested using western blot. In IDD patients, the expressions of miR-21 and PDCD4 mRNA were respectively elevated and decreased (both P<0.05). The miR-21 expressions were positively correlated with Pfirrmann grades, but negatively correlated with PDCD4 mRNA (both P<0.001). In miR-21 inhibitor group, cell growth, MMP-2 and MMP-9 mRNA expressions, and p-c-Jun protein expressions were significantly lower, while PDCD4 mRNA and protein expressions were higher than the other groups (all P<0.05). These expressions in the PDCD4 siRNA and miR-21 mimics groups was inverted compared to that in the miR-21 inhibitor group (all P<0.05). MiR-21 could promote the proliferation of human degenerated NP cells by targeting PDCD4, increasing phosphorylation of c-Jun protein, and activating AP-1-dependent transcription of MMPs, indicating that miR-21 may be a crucial biomarker in the pathogenesis of IDD.

Moxonidine into the lateral parabrachial nucleus reduces renal and hormonal responses to cell dehydration

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Baclofen into the lateral parabrachial nucleus induces hypertonic sodium chloride intake during cell dehydration

Background: Activation of GABAB receptors with baclofen into the lateral parabrachial nucleus (LPBN) induces ingestion of water and 0.3 M NaCl in fluid replete rats. However, up to now, no study has investigated the effects of baclofen injected alone or combined with GABAB receptor antagonist into the LPBN on water and 0.3 M NaCl intake in rats with increased plasma osmolarity (rats treated with an intragastric load of 2 M NaCl). Male Wistar rats with stainless steel cannulas implanted bilaterally into the LPBN were used.Results: In fluid replete rats, baclofen (0.5 nmol/0.2 μl), bilaterally injected into the LPBN, induced ingestion of 0.3 M NaCl (14.3 ± 4.1 vs. saline: 0.2 ± 0.2 ml/210 min) and water (7.1 ± 2.9 vs. saline: 0.6 ± 0.5 ml/210 min). In cell-dehydrated rats, bilateral injections of baclofen (0.5 and 1.0 nmol/0.2 μl) into the LPBN induced an increase of 0.3 M NaCl intake (15.6 ± 5.7 and 21.5 ± 3.5 ml/210 min, respectively, vs. saline: 1.7 ± 0.8 ml/210 min) and an early inhibition of water intake (3.5 ± 1.4 and 6.7 ± 2.1 ml/150 min, respectively, vs. saline: 9.2 ± 1.4 ml/150 min). The pretreatment of the LPBN with 2-hydroxysaclofen (GABAB antagonist, 5 nmol/0.2 μl) potentiated the effect of baclofen on 0.3 M NaCl intake in the first 90 min of test and did not modify the inhibition of water intake induced by baclofen in cell-dehydrated rats. Baclofen injected into the LPBN did not affect blood pressure and heart rate.Conclusions: Thus, injection of baclofen into the LPBN in cell-dehydrated rats induced ingestion of 0.3 M NaCl and inhibition of water intake, suggesting that even in a hyperosmotic situation, the blockade of LPBN inhibitory mechanisms with baclofen is enough to drive rats to drink hypertonic NaCl, an effect independent of changes in blood pressure. © 2013 Kimura et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Leishmania amazonensis Promastigotes Present Two Distinct Modes of Nucleus and Kinetoplast Segregation during Cell Cycle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Sodium intake, brain c-Fos protein and gastric emptying in cell-dehydrated rats treated with methysergide into the lateral parabrachial nucleus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Moxonidine into the lateral parabrachial nucleus reduces renal and hormonal responses to cell dehydration

The deactivation of the inhibitory mechanisms with injections of moxonidine (alpha(2)-adrenoceptor/imidazoline receptor agonist) into the lateral parabrachial nucleus (LPBN) increases hypertonic NaCl intake by intra- or extracellular dehydrated rats. In the present study, we investigated the changes in the urinary sodium and volume, sodium balance, and plasma vasopressin and oxytocin in rats treated with intragastric (i.g.) 2 M NaCl load (2 ml/rat) combined with injections of moxonidine into the LPBN. Male Holtzman rats (n=5-12/group) with stainless steel cannulas implanted bilaterally into LPBN were used. Bilateral injections of moxonidine (0.5 nmol/0.2 mu l) into the LPBN decreased i.g. 2 M NaCIinduced diuresis (4.6 +/- 0.7 vs. vehicle: 7.4 +/- 0.6 ml/120 min) and natriuresis (1.65 +/- 0.29 vs. vehicle: 2.53 +/- 0.17 mEq/120 min), whereas the previous injection of the alpha(2)-adrenoceptor antagonist RX 821002 (10 nmol/0.2 mu l) into the LPBN abolished the effects of moxonidline. Moxonidine injected into the LPBN reduced i.g. 2 M NaCl-induced increase in plasma oxytocin and vasopressin (14.6 +/- 2.8 and 2.2 +/- 0.3 vs. vehicle: 25.7 +/- 7 and 4.3 +/- 0.7 pg/ml, respectively). Moxonidine injected into the LPBN combined with i.g. 2 M NaCl also increased 0.3 M NaCl intake (7.5 +/- 1.7 vs. vehicle: 0.5 +/- 0.2 mEq/2 h) and produced positive sodium balance (2.3 +/- 1.4 vs. vehicle: -1.2 +/- 0.4 mEq/2 h) in rats that had access to water and NaCl. The present results show that LPBN alpha(2)-adrenoceptor activation reduces renal and hormonal responses to intracellular dehydration and increases sodium and water intake, which facilitates sodium retention and body fluid volume expansion. (C) 2012 IBRO. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

The evolutionary importance of cell ratio between notochordal and nucleus pulposus cells: an experimental 3-D co-culture study

Notochordal cells and nucleus pulposus cells are co-existing in the intervertebral disc at various ratios among different mammalians. This fact rises the question about the interactions and the evolutionary relevance of this phenomenon. It has been described that these relatively large notochordal cells are mainly dominant in early lifetime of all vertebrates and then differences occur with ageing. Human, cattle, sheep, and goat lose the cells with age, whereas rodents and lagomorphs maintain these throughout their lifetime.

Spc98p Directs the Yeast γ-Tubulin Complex into the Nucleus and Is Subject to Cell Cycle-dependent Phosphorylation on the Nuclear Side of the Spindle Pole Body

In the yeast Saccharomyces cerevisiae, microtubules are organized by the spindle pole body (SPB), which is embedded in the nuclear envelope. Microtubule organization requires the γ-tubulin complex containing the γ-tubulin Tub4p, Spc98p, and Spc97p. The Tub4p complex is associated with cytoplasmic and nuclear substructures of the SPB, which organize the cytoplasmic and nuclear microtubules. Here we present evidence that the Tub4p complex assembles in the cytoplasm and then either binds to the cytoplasmic side of the SPB or is imported into the nucleus followed by binding to the nuclear side of the SPB. Nuclear import of the Tub4p complex is mediated by the essential nuclear localization sequence of Spc98p. Our studies also indicate that Spc98p in the Tub4p complex is phosphorylated at the nuclear, but not at the cytoplasmic, side of the SPB. This phosphorylation is cell cycle dependent and occurs after SPB duplication and nucleation of microtubules by the new SPB and therefore may have a role in mitotic spindle function. In addition, activation of the mitotic checkpoint stimulates Spc98p phosphorylation. The kinase Mps1p, which functions in SPB duplication and mitotic checkpoint control, seems to be involved in Spc98p phosphorylation. Our results also suggest that the nuclear and cytoplasmic Tub4p complexes are regulated differently.