Septinas são proteínas envolvidas em diversos processos celulares (citocinese, espermatogênese, apoptose etc.), razão pela qual estão relacionadas com o desenvolvimento de várias doenças. Pertencentes à família das GTPases, apresentam três domínios: N e C terminal altamente variável e um domínio G (ligação a GTP/GDP) conservado. Para realizar suas funções, uma septina de cada grupo (4 grupos diferentes em humanos) se associa para formar heterofilamentos usando dois tipos de interfaces: a interface G e a interface NC. Embora seja conhecido o tipo de interface de contato e a ordem específica das septinas na montagem do filamento, os mecanismos moleculares que controlam a polimerização correta do filamento ainda são desconhecidos. Aqui, descrevemos os estudos realizados nas interfaces G e NC das septinas, a fim de encontrar os mecanismos moleculares de interação específica e verificar a substituição das septinas por outras do mesmo grupo. Oito combinações de heterocomplexos “G” de septinas foram co-expressas e purificadas para serem caracterizadas por técnicas biofísicas, apresentando heterodímeros homogêneos em solução (SEC e SEC-MALS) com presença de GTP e GDP em proporções aproximadamente equimolares. Além disso, cada dímero exibe uma estabilidade térmica diferente, o que pode indicar uma preferência de interação para a formação de complexos. Os estudos cristalográficos dos heterodímeros G permitiu identificar interações específicas que determinam a especificidade do complexo formado por septinas do grupo II e grupo III (validando a substituição de septinas do mesmo grupo), ajudando também a explicar a presença de um grupo catalíticamente inativo em estas proteínas. Por outro lado, as estruturas cristalográficas dos coiled-coils das septinas 1, 4 e 5 (Interface NC) permitiu observar um novo motivo proteico que sugere estar relacionado com a interação entre dois heterofilamentos, formando estruturas de alta complexidade em septinas (redes etc.).

Septins are involved in several cellular processes (cytokinesis, spermatogenesis, apoptosis, etc.), which is why they are related to the development of several diseases. Belonging to the GTPase family, they present three domains: highly variable N and C terminal and a conserved G domain (binding to GTP/GDP). To perform their functions, one septin from each group (4 different groups in humans) associate to form heterofilaments using two types of interface: the G interface and the NC interface. Although the type of contact interface and the specific order of septins in the filament are known, the molecular mechanisms that control the correct polymerization of the filament are still unknown. Here, we describe studies carried out on the G and NC interfaces of septins, in order to shed light on the molecular mechanisms of specific interaction and to verify the replacement of septins by others from the same group. Eight combinations of septin “G” heterocomplexes were co-expressed and purified and characterized by biophysical techniques. They were present as homogeneous heterodimers in solution (SEC and SEC-MALS) with the presence of GTP and GDP in approximately equimolar proportions. In addition, each dimer exhibited a different thermal stability, which may indicate an interaction preference for complex formation. Crystallographic studies of the G heterodimers allowed for the identification of specific interactions that determine the specificity of the complex formed by septins from group II and group III (validating the replacement of septins from the same group) and helping to explain the presence of a catalytically inactive group in these proteins. On the other hand, the crystal structures of the coiled-coils of septins 1, 4 and 5 (NC interface) allowed us to observe a new protein motif that suggests that it is related to the interaction between two heterofilaments, forming highly complex structures of septins (networks etc.).