Actin is one of the most abundant proteins in eukaryotic cells and a key component of the cytoskeleton. A range of small molecules have emerged that interfere with actin dynamics by either binding to polymeric F-actin or monomeric G-actin to stabilize or destabilize filaments or prevent their formation and growth, respectively. Amongst these, the latrunculins, which bind to G-actin and affect polymerization, are widely used as tools to investigate actin-dependent cellular processes. Here, we report a photoswitchable version of latrunculin, termed opto-latrunculin (OptoLat), which binds to G-actin in a light-dependent fashion and affords optical control over actin polymerization. OptoLat can be activated with 390 - 490 nm pulsed light and rapidly relaxes to the inactive form in the dark. Light activated OptoLat induced depolymerization of F-actin networks in oligodendrocytes and budding yeast, as shown by fluorescence microscopy. Subcellular control of actin dynamics in human cancer cell lines was demonstrated by live cell imaging. Light-activated OptoLat also reduced microglia surveillance in organotypic mouse brain slices while ramification was not affected. Incubation in the dark did not alter the structural and functional integrity of microglia. Together, our data demonstrate that OptoLat is a useful tool for the elucidation of G-actin dependent dynamic processes in cells and tissues.

Abstract Myelin is required for rapid nerve signaling and is emerging as a key driver of CNS plasticity and disease. How myelin is built and remodeled remains a fundamental question of neurobiology. Central to myelination is the ability of oligodendrocytes to add vast amounts of new cell membrane, expanding their surface areas by many thousand-fold. However, how oligodendrocytes add new membrane to build or remodel myelin is unknown. Here, we show that CNS myelin membrane addition requires exocytosis mediated by the vesicular SNARE proteins VAMP2/3. Genetic inactivation of VAMP2/3 in myelinating oligodendrocytes caused severe hypomyelination and premature death without overt loss of oligodendrocytes. Through live imaging, we discovered that VAMP2/3-mediated exocytosis drives membrane expansion within myelin sheaths to initiate wrapping and power sheath elongation. In conjunction with membrane expansion, mass spectrometry of oligodendrocyte surface proteins revealed that VAMP2/3 incorporates axon-myelin adhesion proteins that are collectively required to form nodes of Ranvier. Together, our results demonstrate that VAMP2/3-mediated membrane expansion in oligodendrocytes is indispensable for myelin formation, uncovering a cellular pathway that could sculpt myelination patterns in response to activity-dependent signals or be therapeutically targeted to promote regeneration in disease.

2',3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNPase) is an abundant constituent of central nervous system non-compact myelin, frequently used as a marker antigen for myelinating cells. The catalytic activity of CNPase, the 3'-hydrolysis of 2',3'-cyclic nucleotides, is well characterised