Kinesin is an ATP-driven microtubule motor protein that plays important roles in control of microtubule dynamics, intracellular transport, cell division and signal transduction. The kinesin superfamily is composed of numerous members that are classified into 14 subfamilies. Animal kinesins have been well characterized. In contrast, plant kinesins have not yet to be characterized adequately. Here, a novel plant-specific kinesin gene, GhKCH2, has been cloned from cotton (Gossypium hirsutum) fibers and biochemically identified by prokaryotic expression, affinity purification, ATPase activity assay and microtubule-binding analysis. The putative motor domain of GhKCH2, $M_{396-734}$ corresponding to amino acids Q396-N734 was fused with 6$\times$His-tag, soluble-expressed in E. coli and affinity-purified in a large amount. The biochemical analysis demonstrated that the basal ATPase activity of $M_{396-734}$ is not activated by $Ca^{2+}$, but stimulated 30-fold max by microtubules. The enzymatic activation is microtubule-concentration-dependent, and the concentration of microtubules that corresponds to half-maximum activation was about 11 ${\mu}M$, much higher than that of other kinesins reported. The cosedimentation assay indicated that $M_{396-734}$ could bind to microtubules in vitro whenever the nucleotide AMP-PNP is present or absent. As a plant-specific microtubule-dependent kinesin with a lower microtubule-affinity and a nucleotide-independent microtubule-binding ability, cotton GhKCH2 might be involved in the function of microtubules during the deposition of cellulose microfibrils in fibers or the formation of cell wall.
Kinesins, as a kind of microtubule-based motor proteins, have a conserved microtubule-binding site in their motor domain. Here we report that two homologous kinesins in Arabidopsis thaliana, KatB and KatC, contain a second microtubule-binding site in their tail domains. The prokaryotic-expressed N-terminal tail domain of the KatC heavy chain can bind to microtubules in an ATP-insensitive manner. To identify the precise region responsible for the binding, a serious of truncated KatC cDNAs encoding KatC N-terminal regions in different lengths, KatC1-128, KatC1-86, KatC1-73 and KatC1-63, fused to Histidine-tags, were expressed in E. coli and affinity-purified. Microtubule cosedimentation assays show that the site at amino acid residues 74-86 in KatC is important for microtubule-binding. By similarity, we obtained three different lengths of KatB N-terminal regions, KatB1-384, KatB1-77, and KatB1-63, and analyzed their microtubule-binding ability. Cosedimentation assays indicate that the KatB tail domain can also bind to microtubules at the same site as and in a similar manner to KatC. Fluorescence microscopic observations show that the microtubule-binding site at the tail domain of KatB or KatC can induce microtubules bundling only when the stalk domain is present. Through pull-down assays, we show that KatB1-385 and KatC1-394 are able to interact specifically with themselves and with each other in vitro. These findings are significant for identifying a previously uncharacterized microtubule-binding site in the two kinesin proteins, KatB and KatC, and the functional relations between them.
Jang, Won Hee;Jeong, Young Joo;Lee, Won Hee;Kim, Mooseong;Kim, Sang-Jin;Urm, Sang-Hwa;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.27
no.6
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pp.673-679
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2017
Microtubules are long rods in the cytoplasm of cells that plays a role in cell motility and intracellular transport. Microtubule-based transport by motor proteins is essential in intracellular transport. Kinesin 1 is a molecular motor protein that mediates the intracellular transport of various membranous vesicles, mRNAs, and proteins along microtubules. It is comprised of two heavy chains (KHCs, also called KIF5s) and two light chains (KLCs). KIF5s bear a motor domain in their amino (N)-terminal regions and interact with various cargoes through the cargo-binding domain in their carboxyl (C)-terminal regions. To identify proteins interacting with KIF5B, yeast two-hybrid screening was performed, and a specific interaction with the cytoplasmic linker protein 170 (CLIP-170), a plus end microtubule-binding protein, was found. The coiled-coil domain of CLIP-170 is essential for interactions with KIF5B in the yeast two-hybrid assay. CLIP-170 bound to the cargo-binding domain of KIF5B. Also, other KIF5s, KIF5A and KIF5C, interacted with CLIP-170 in the yeast two-hybrid assay. In addition, glutathione S-transferase (GST) pull-downs showed that KIF5s specifically interacted with CLIP-170. An antibody to KIF5B specifically co-immunoprecipitated CLIP-170 associated with KIF5B from mouse brain extracts. These results suggest that kinesin 1 motor protein may transport CLIP-170 in cells.
Park, Sang Jun;Seog, Joung-Su;Moon, Il Soo;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.27
no.7
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pp.840-848
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2017
Proper intracellular transport is essential for normal cell function. Intracellular transport is mediated by microtubule-dependent molecular motor proteins, as well as kinesin and cytoplasmic dynein, which move their cargo along long, microtubule tracks in cells. Kinesins are ATP-dependent plus-end-directed motor proteins in the intracellular transport of organelles, vesicles, RNA complexes, and protein complexes. The mislocalization of these different types of cargo has been linked to cell dysfunction and degeneration. The cargo transport of kinesins can be described by the following steps: binding to the appropriate cargo and/or adaptor proteins, activation of the kinesin's motility and movement along the microtubule, and the release of the cargo at the correct destination. Recently, several studies have revealed the mechanisms for the regulation of kinesin motor activity, including cargo loading and unloading. Intracellular cargo transport is also modulated by adaptor proteins, which link the kinesins to their cargo. The regulatory proteins, which include protein kinases and phosphatases, regulate kinesin motor activity directly through the phosphorylation or dephosphorylation of kinesins and indirectly through the modification of adaptor proteins, such as c-Jun NH-terminal kinase-interacting proteins, or of the microtubule network. These findings lay the groundwork for understanding how kinesins are differentially engaged in intracellular cargo transport. In addition, understanding the regulatory mechanisms of each kinesin is an area of key interest within cell biology and neurophysiology. In this study, we reviewed kinesins' regulation proteins and discuss how their regulation affects cargo recognition and transport.
Microtubules, a major cytoskeleton, form parallel arrays in the axon and are oriented with their plus ends toward the cell periphery. Kinesin superfamily proteins (KIFs) are the molecular motors acting in the microtubule-based motilities of organelles in cells. Here, we used the yeast two-hybrid system to identify the protein that interacts with the coiled-coil domain of KIF1A and found a specific interaction with microtubule-destabilizing factor SCG10. SCG10 bound to the amino acid residues between 400 and 820 of KIF1A, but not to other KIFs in the yeast two-hybrid assay. The coiled-coil domain of SCG10 is essential for interaction with KIF1A. In addition, this specific interaction was also observed in the Glutathione S-transferase pull-down assay. An antibody to SCG10 specifically co-immunoprecipitated KIF1A associated with SCG10 from mouse brain extracts. These results suggest that KIF1A motor protein transports SCG10-containing vesicles along microtubules in neurons.
Microtubule-based kinesin motor proteins are used for long-range vesicular transport. KIF5s (KIF5A, KIF5B and KIF5C) mediate the transport of various membranous vesicles along microtubules, but the mechanism behind how they recognize and bind to a specific cargo has not yet been completely elucidated. To identify the interaction protein for KIF5B, yeast two-hybrid screening was performed and a specific interaction with the unconventional myosin Myo9b, an actin-based vesicle transport motor, was found. The GTPase-activating protein (GAP) domain of Myo9s was essential for interaction with KIF5B in the yeast two-hybrid assay. Myo9b bound to the carboxyl-terminal region of KIF5B and to other KIF5 members. In addition, glutathione S-transferase (GST) pull-downs showed that Myo9s specifically interact to the complete Kinesin-I complex. An antibody to KIF5B specifically co-immunoprecipitated KIF5B associated with Myo9s from mouse brain extracts. These results suggest that kinesin-I motor protein interacts directly with actin-based motor proteins in the cell.
Kinesin has been discovered in Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans, and Drosophila melanogaster and it has major roles in the movemenl of chromosomes and separation of spindle poles. In this study, a gene encoding kinesin heavy chain in Schizosaccharo~n)~ces pombe was cloned by using the polymerase chain reaction with degenerated primcrs corresponding to highly conserved regions of the kinesin heavy chain motor domain. The kinesin gene in S pombe contains an open reading frame of 2496 base pairs and encodes a kinesin prolein of 832 amino acids with a molecular weight of 96 kd. From thc comparison of the predictcd amino acids of the newly cloned kinesin, the kinesin in S. pornbe belongs to the C-terminal motor subfamily of kincsin-related protein.
Jang, Won Hee;Jeong, Young Joo;Urm, Sang-Hwa;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.26
no.8
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pp.963-969
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2016
Kinesin superfamily proteins (KIFs) are microtubule-dependent molecular motor proteins essential for the intracellular transport of organelles and protein complexes in cells. Kinesin 1 is a member of those KIFs that transport various cargoes, including organelles, synaptic vesicles, neurotransmitter receptors, cell signaling molecules, and mRNAs through interaction between its light chain subunit and the cargoes. Kinesin light chains (KLCs) are non-motor subunits that associate with the kinesin heavy chain (KHC) dimer. KLCs interact with many different binding proteins, but their particular binding proteins have not yet been fully identified. We used the yeast two-hybrid assay to identify proteins that interact with the tetratricopeptide repeat (TPR) domain of KLC1. We found an interaction between the TPR domain of KLC1 and Wiskott-Aldrich syndrome protein family member 1 (WAVE1), a member of the WASP/WAVE family involved in regulation of actin cytoskeleton. WAVE1 bound to the six TPR domain-containing regions of KLC1 and did not interact with KHCs (KIF5A, KIF5B, and KIF5C) in the yeast two-hybrid assay. The carboxyl (C)-terminal verprolin-cofilin-acidic (VCA) domain of WAVE1 is essential for interaction with KLC1. Also, other WAVE isoforms (WAVE2 and WAVE3) interacted with KLC1 in the yeast two-hybrid assay. When co-expressed in HEK-293T cells, WAVE1 co-localized with KLC1 and co-immunoprecipitated with KLC1 and KIF5B. These results suggest that kinesin 1 motor protein may transport WAVE complexes or WAVE-coated cargoes in cells.
Jeong, Young Joo;Park, Sung Woo;Kim, Sang-Jin;Lee, Won Hee;Kim, Mooseong;Urm, Sang-Hwa;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.29
no.3
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pp.369-375
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2019
Microtubules form through the polymerization of ${\alpha}-$ and ${\beta}-tubulin$, and tubulin transport plays an important role in defining the rate of microtubule growth inside cellular appendages, such as the cilia and flagella. Heterotrimeric kinesin 2 is a molecular motor member of the kinesin superfamily (KIF) that moves along the microtubules to transport multiple cargoes. It consists of two motor subunits (KIF3A and KIF3B) and a kinesin-associated protein 3 (KAP3), forming a heterotrimeric complex. Heterotrimeric kinesin 2 interacts with many different binding proteins through the cargo-binding domains of the KIF3s, but these binding proteins have not yet been specified. To identify these proteins for KIF3A, we performed yeast two-hybrid (Y2H) screening and found a specific interaction with ${\beta}2-tubulin$ (Tubb2), a microtubule component. Tubb2 was found to bind to the cargo-binding domain of KIF3A but did not interact with KIF3B, KIF5B, or kinesin light chain 1 in the Y2H assay. The carboxyl-terminal region of Tubb2 is essential for interaction with KIF3A. Other Tubb isoforms, including Tubb1, Tubb3, Tubb4, and Tubb5, also interacted with KIF3A in the Y2H screening. However, ${\alpha}1-tubulin$ (Tuba1) did not interact with KIF3A. In addition, an antibody to KIF3A specifically co-immunoprecipitated the KIF3B and KAP3 associated with Tubb2 from mouse brain extracts. In combination, these results suggest that a heterotrimeric kinesin 2 motor protein is capable of binding to tubulin and may transport it in cells.
While the growth factors like insulin initiate a signaling cascade to induce conformational changes in the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1), amino acids cause the complex to localize to the site of activation, the lysosome. The precise mechanism of how mTORC1 moves in and out of the lysosome is yet to be elucidated in detail. Here we report that microtubules and the motor protein KIF11 are required for the proper dissociation of mTORC1 from the lysosome upon amino acid scarcity. When microtubules are disrupted or KIF11 is knocked down, we observe that mTORC1 localizes to the lysosome even in the amino acid-starved situation where it should be dispersed in the cytosol, causing an elevated mTORC1 activity. Moreover, in the mechanistic perspective, we discover that mTORC1 interacts with KIF11 on the motor domain of KIF11, enabling the complex to move out of the lysosome along microtubules. Our results suggest not only a novel way of the regulation regarding amino acid availability for mTORC1, but also a new role of KIF11 and microtubules in mTOR signaling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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