Abstract Epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a cellular process that converts epithelial cells to mesenchymal cells with migratory potential in both developmental and pathological processes. Although originally considered a binary event, EMT in cancer progression involves intermediate states between a fully epithelial and a fully mesenchymal phenotype, which are characterized by distinct combinations of epithelial and mesenchymal markers. This phenomenon has been termed epithelial to mesenchymal plasticity (EMP), however, the intermediate states remain poorly described and it’s unclear whether they exist during developmental EMT. Neural crest cells (NCC) are an embryonic progenitor cell population that gives rise to numerous cell types and tissues in vertebrates, and their formation is a classic example of developmental EMT. An important feature of NCC development is their delamination from the neuroepithelium via EMT, following which NCC migrate throughout the embryo and undergo differentiation. NCC delamination shares similar changes in cellular state and structure with cancer cell invasion. However, whether intermediate states also exist during NCC EMT and delamination remains unknown. Through single cell RNA sequencing, we identified intermediate NCC states based on their transcriptional signature and then spatially defined their locations in situ in the dorsolateral neuroepithelium. Our results illustrate the progressive transcriptional and spatial transitions from premigratory to migratory cranial NCC during EMT and delamination. Of note gene expression and trajectory analysis indicate that distinct intermediate populations of NCC delaminate in either S phase or G2/M phase of the cell cycle, and the importance of cell cycle regulation in facilitating mammalian cranial NCC delamination was confirmed through cell cycle inhibition studies. Additionally, transcriptional knockdown revealed a functional role for the intermediate stage marker Dlc1 in regulating NCC delamination and migration. Overall, our work identifying and characterizing the intermediate cellular states, processes, and molecular signals that regulate mammalian NCC EMT and delamination furthers our understanding of developmental EMP and may provide new insights into mechanisms regulating pathological EMP.

ABSTRACT Asymmetric astral microtubule organization drives the polarized orientation of the S. cerevisiae mitotic spindle and primes the invariant inheritance of the old spindle pole body (SPB, the yeast centrosome) by the bud. This model has anticipated analogous centrosome asymmetries featuring in self-renewing stem cell divisions. We previously implicated Spc72, the cytoplasmic receptor for the gamma-tubulin nucleation complex, as the most upstream determinant linking SPB age, functional asymmetry and fate. Here we used structured illumination microscopy and biochemical analysis to explore the asymmetric landscape of nucleation sites inherently built into the spindle pathway and under the control of cyclin-dependent kinase (CDK). We show that CDK enforces Spc72 asymmetric docking by phosphorylating Nud1/centriolin. Furthermore, CDK-imposed order in the construction of the new SPB promotes the correct balance of nucleation sites between the nuclear and cytoplasmic faces of the SPB. Together these contributions by CDK inherently link correct SPB morphogenesis, age and fate.

Epithelial to mesenchymal transition (EMT) is a cellular process that converts epithelial cells to mesenchymal cells with migratory potential in developmental and pathological processes. Although originally considered a binary event, EMT in cancer progression involves intermediate states between a fully epithelial and a fully mesenchymal phenotype, which are characterized by distinct combinations of epithelial and mesenchymal markers. This phenomenon has been termed epithelial to mesenchymal plasticity (EMP), however, the intermediate states remain poorly described and it’s unclear whether they exist during developmental EMT. Neural crest cells (NCC) are an embryonic progenitor cell population that gives rise to numerous cell types and tissues in vertebrates, and their formation and delamination is a classic example of developmental EMT. However, whether intermediate states also exist during NCC EMT and delamination remains unknown. Through single-cell RNA sequencing of mouse embryos, we identified intermediate NCC states based on their transcriptional signature and then spatially defined their locations in situ in the dorsolateral neuroepithelium. Our results illustrate the importance of cell cycle regulation and functional role for the intermediate stage marker Dlc1 in facilitating mammalian cranial NCC delamination and may provide new insights into mechanisms regulating pathological EMP.

ABSTRACT The H2A.Z histone variant is deposited into chromatin by the SWR1 complex affecting multiple aspects of meiosis. Here we describe a SWR1-independent localization of H2A.Z at meiotic telomeres and the centrosome. We demonstrate that H2A.Z colocalizes and interacts with Mps3, the SUN component of the LINC complex that spans the nuclear envelope and links meiotic telomeres to the cytoskeleton promoting meiotic chromosome movement. H2A.Z also interacts with the meiosis-specific Ndj1 protein that anchors telomeres to the nuclear periphery via Mps3. Telomeric localization of H2A.Z depends on Ndj1 and the N-terminal domain of Mps3. Although telomeric attachment to the nuclear envelope is maintained in the absence of H2A.Z, the distribution of Mps3 is altered. The velocity of chromosome movement during meiotic prophase I is reduced in the htz1Δ mutant lacking H2A.Z, but it is unaffected in swr1Δ cells. We reveal that H2A.Z is an additional LINC-associated factor that contributes to promote telomere-driven chromosome motion critical for error-free gametogenesis.

Abstract Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Ploidy is typically a stable cellular feature that is critical for survival. Polyploidization is a route recognized to increase gene dosage, improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity. However, the mechanism of regulation and maintenance of ploidy is not well characterized. Here, we examine the spontaneous diploidization associated with mutations in components of the Saccharomyces cerevisiae centrosome, known as the spindle pole body (SPB). Although SPB mutants are associated with defects in spindle formation, we show that two copies of the mutant in a haploid yeast favors diploidization in some cases, leading us to speculate that the increased gene dosage in diploids ‘rescues’ SPB duplication defects, allowing cells to successfully propagate with a stable diploid karyotype. This copy number-based rescue is linked to SPB scaling: certain SPB subcomplexes do not scale or only minimally scale with ploidy. We hypothesize that acquisition of lesions in structures with incompatible allometries such as the centrosome may drive changes such as whole genome duplication, which have shaped the evolutionary landscape of many eukaryotes. Author Summary Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Most eukaryotes alternate between a diploid (two copy) and haploid (one copy) state during their life and sexual cycle. However, as part of normal human development, specific tissues increase their DNA content. This gain of entire sets of chromosomes is known as polyploidization, and it is observed in invertebrates, plants and fungi, as well. Polyploidy is thought to improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity, but how ploidy is determined is poorly understood. Here, we use budding yeast to investigate mechanisms underlying the ploidy of wild-type cells and specific mutants that affect the centrosome, a conserved structure involved in chromosome segregation during cell division. Our work suggests that different scaling relationships (allometry) between the genome and cellular structures underlies alterations in ploidy. Furthermore, mutations in cellular structures with incompatible allometric relationships with the genome may drive genomic changes such duplications, which are underly the evolution of many species including both yeasts and humans.

Previous studies of hematopoietic stem cells (HSCs) primarily focused on single cell-based niche models, yielding fruitful but conflicting findings

Abstract The biorientation of sister chromatids on the mitotic spindle, essential for accurate sister chromatid segregation, relies on critical centromere components including cohesin, the centromere-specific H3 variant CENP-A, and centromeric DNA. Centromeric DNA is highly variable between chromosomes yet must accomplish a similar function. Moreover, how the 50 nm cohesin ring, proposed to encircle sister chromatids, accommodates inter-sister centromeric distances of hundreds of nanometers on the metaphase spindle is a conundrum. Insight into the 3D organization of centromere components would help resolve how centromeres function on the mitotic spindle. We used ChIP-seq and super-resolution microscopy to examine the geometry of essential centromeric components on human chromosomes. ChIP-seq demonstrates that cohesin subunits are depleted in α-satellite arrays where CENP-A nucleosomes and kinetochores assemble. Cohesin is instead enriched at pericentromeric DNA. Structured illumination microscopy of sister centromeres is consistent, revealing a non-overlapping pattern of CENP-A and cohesin. We used single particle averaging of hundreds of mitotic sister chromatids to develop an average centromere model. CENP-A clusters on sister chromatids, connected by α-satellite, are separated by ∼562 nm with a perpendicular intervening ∼190 nM wide axis of cohesin. Two differently sized α-satellite arrays on chromosome 7 display similar inter-sister CENP-A cluster distance, demonstrating different sized arrays can achieve a common spacing. Our data suggest a working model for a common core configuration of essential centromeric components that includes CENP-A nucleosomes at the outer edge of extensible α-satellite DNA and pericentromeric cohesion. This configuration helps reconcile how centromeres function and serves as a foundation for future studies of additional components required for centromere function.