Abstract In most bacteria, division depends on a cytoskeletal structure, the Z ring, which serves as a scaffold for recruiting additional proteins, with which it forms the machinery responsible for division, the divisome. The detailed architecture of the ring, in particular the mechanisms of assembly, stabilization, and disassembly, are still largely unknown. Here, we highlight the role of FtsZ-associated proteins (Zaps) in stabilizing the Z ring by crosslinking the filaments. Among Zap proteins, ZapD binds the C-terminal domain of FtsZ, which serves as a hub for its regulation. We demonstrate that ZapD crosslinks FtsZ filaments in solution into toroidal structures formed by an arrangement of short, curved filaments. Using cryo-electron tomography combined with biochemical analysis, we reveal the three-dimensional organization of FtsZ within the toroids, shedding light on the crosslinking mechanism by ZapD. In spite of the compositional simplicity of our reconstituted system, the structural organization of the FtsZ polymers by ZapD appears to be compatible with the current model of the Z ring in the bacterial cell.

Cells respond to environmental changes by toggling metabolic pathways, preparing for homeostasis, and anticipating future stresses. For example, in Saccharomyces cerevisiae, carbon stress-induced gluconeogenesis is terminated upon glucose availability, a process that involves the multiprotein E3 ligase, GIDSR4, recruiting N-termini and catalyzing ubiquitylation of gluconeogenic enzymes. Here, genetics, biochemistry, and cryo electron microscopy define molecular underpinnings of glucose-induced degradation. Unexpectedly, carbon stress induces an inactive anticipatory complex (GIDAnt), which awaits a glucose-induced substrate receptor to form the active GIDSR4. Meanwhile, other environmental perturbations elicit production of an alternative substrate receptor assembling into a related E3 ligase complex. The intricate structure of GIDAnt enables anticipating and ultimately binding various N-degron targeting (i.e. "N-end rule") substrate receptors, while the GIDSR4 E3 forms a clamp-like structure juxtaposing substrate lysines with the ubiquitylation active site. The data reveal evolutionarily conserved GID complexes as a family of multisubunit E3 ubiquitin ligases responsive to extracellular stimuli.

The autophagy-lysosomal pathway is impaired in many neurodegenerative diseases characterized by protein aggregation, but the link between aggregation and lysosomal dysfunction remains poorly understood. Here, we use artificial amyloid-like β-sheet proteins (β proteins) to investigate the gain-of-function effects of protein aggregation in primary neurons. We show that β proteins form fibrillar aggregates and cause neurotoxicity. Cryo-electron tomography reveals lysosomal alterations reminiscent of lysosomal storage disorders. Mass spectrometry-based analysis of the β protein interactome shows that β proteins sequester AP-3μ1, a subunit of the AP-3 adaptor complex involved in protein trafficking to lysosomal organelles. Importantly, restoring AP-3μ1 expression ameliorates neurotoxicity caused by β proteins. Our results point to lysosomes as particularly vulnerable organelles in neurodegenerative diseases, and emphasize the role of toxic gain-of-function of protein aggregates in lysosomal defects.