Tau is a microtubule-associated protein well known for its stabilization of microtubules in axons. Recently, it has emerged that tau participates in synaptic function as part of the molecular pathway leading to amyloid-beta (Aβ)-driven synaptotoxicity in the context of Alzheimer's disease. Here, we report the implication of tau in the profound functional synaptic modification associated with synaptic plasticity. By exposing murine cultured cortical neurons to a pharmacological synaptic activation, we induced translocation of endogenous tau from the dendritic to the postsynaptic compartment. We observed similar tau translocation to the postsynaptic fraction in acute hippocampal slices subjected to long-term potentiation. When we performed live confocal microscopy on cortical neurons transfected with human-tau-GFP, we visualized an activity-dependent accumulation of tau in the postsynaptic density. Coprecipitation using phalloidin revealed that tau interacts with the most predominant cytoskeletal component present, filamentous actin. Finally, when we exposed cortical cultures to 100 n m human synthetic Aβ oligomers (Aβo's) for 15 min, we induced mislocalization of tau into the spines under resting conditions and abrogated subsequent activity-dependent synaptic tau translocation. These changes in synaptic tau dynamics may rely on a difference between physiological and pathological phosphorylation of tau. Together, these results suggest that intense synaptic activity drives tau to the postsynaptic density of excitatory synapses and that Aβo-driven tau translocation to the spine deserves further investigation as a key event toward synaptotoxicity in neurodegenerative diseases.

ABSTRACT Microtubules regulate cell polarity and migration by local activation of focal adhesion turnover, but the mechanism of this process is insufficiently understood. Molecular complexes containing KANK family proteins connect microtubules with the major component of focal adhesions, talin. Local optogenetic activation of KANK1-mediated links which promoted microtubule targeting to individual focal adhesion resulting in its centripetal sliding and rapid disassembly. The sliding is preceded by a local increase of traction force due to accumulation of myosin-II and actin in the proximity of the focal adhesion. Knockdown of Rho activator GEF-H1 prevented development of traction force and abolished sliding and disassembly of focal adhesion upon KANK activation. Other players participating in microtubule-driven KANK-dependent focal adhesion disassembly include kinases ROCK and PAK, as well as microtubules/focal adhesions associated proteins Kinesin-1, APC and αTAT. Finally, we propose a physical model of a microtubule-driven focal adhesion disruption involving local GEF-H1/RhoA/ROCK dependent activation of contractility which is consistent with experimental data.

Abstract Huntingtin (HTT) is a large protein whose best-known function being the facilitation of intracellular dynamics along the microtubule network by scaffolding molecular motors complexes. Our recent finding that the defective axonal growth in HD was due to altered growth cone architecture led us to ask whether HTT also influences the cytoskeleton itself. In developing neurons, we found that a large proportion of HTT associates with F-actin in growth cones. Using cell free system and purified recombinant proteins, we observed that HTT binds directly filamentous actin (F-actin) and organizes filaments into bundles. Transmission electron microscopy shows that HTT dimers crosslink adjacent filaments 20 nm apart. We also provide evidence that HTT binding on F-actin modulates the association of other proteins to this cytoskeleton. Notably, HTT limits the association of the growth cone protein Drebrin1 with F-actin. HTT depletion leads to abnormal cytoskeletal organization, localization of Drebrin1 in growth cones, and axonal growth. HTT therefore serves a scaffolding function for the cytoskeleton itself, what might be relevant for HD pathophysiology.

Abstract Neuroblast (NB) cell division is characterized by a basal positioning of the cleavage furrow resulting in a large difference in size between the future daughter cells. In animal cells, furrow placement and assembly is governed by centralspindlin, a highly conserved complex that accumulates at the equatorial cell cortex of the future cleavage site and at the spindle midzone. In contrast to model systems studied so far, these two centralspindlin populations are spatially and temporally separated in NBs. A cortical leading pool is located at the basal cleavage furrow site and a second pool accumulates at the midzone before travelling to the site of the basal cleavage furrow during cytokinesis completion. By manipulating microtubule (MT) dynamics, we show that the cortical centralspindlin population requires peripheral astral microtubules and the Chromosome Passenger Complex (CPC) for efficient recruitment. Loss of this pool does not prevent cytokinesis but enhances centralspindlin levels at the midzone leading to furrow repositioning towards the equator and decreased size asymmetry between daughter cells. Together these data reveal that the asymmetrical furrow placement characteristic of NBs results from a competition between spatially and functionally separate centralspindlin pools in which the cortical pool is dominant and requires peripheral astral microtubules.

ABSTRACT The detyrosination/tyrosination cycle of α-tubulin is critical for proper cell functioning. VASH1-SVBP and VASH2-SVBP are ubiquitous enzyme complexes involved in microtubule detyrosination. However, little is known about their mode of action. Here, we show in reconstituted systems and in cells that VASH1-SVBP and VASH2-SVBP drive global and local detyrosination of microtubules, respectively. We solved the cryo-electron microscopy structure of human VASH2-SVBP bound to microtubules, revealing a different microtubule-binding configuration of its central catalytic region compared to VASH1-SVBP. We further show that the divergent mode of detyrosination between the two enzymes is correlated with the microtubule-binding properties of their disordered N- and C-terminal regions. Specifically, the N-terminal region is responsible for a significantly longer residence time of VASH2-SVBP on microtubules compared to VASH1-SVBP. We suggest that this VASH domain is critical for microtubule-detachment and diffusion of VASH-SVBP enzymes on the lattice. Together, our results suggest a mechanism by which these enzymes could generate distinct microtubule subpopulations and confined areas of detyrosinated lattices to drive various microtubule-based cellular functions. SUMMARY VASH1-SVBP and VASH2-SVBP produce global and local detyrosination patterns of microtubule lattices, respectively. These activities rely on the interplay between the N- and C-terminal disordered regions of the enzymes, which determine their differential molecular mechanism of action. GRAPHICAL ABSTRACT Schematic representation of divergent molecular mechanisms of action of VASH-SVBP detyrosination complexes.