Abstract Septin GTP-binding proteins contribute essential biological functions that range from the establishment of cell polarity to animal tissue morphogenesis. Human septins in cells form hetero-octameric septin complexes containing the ubiquitously expressed SEPT9. Despite the established role of SEPT9 in mammalian development and human pathophysiology, biochemical and biophysical studies have relied on monomeric SEPT9 thus not recapitulating its native assembly into hetero-octameric complexes. We established a protocol that enabled the first-time isolation of recombinant human septin octamers containing distinct SEPT9 isoforms. A combination of biochemical and biophysical assays confirmed the octameric nature of the isolated complexes in solution. Reconstitution studies showed that octamers with either a long or a short SEPT9 isoform form filament assemblies, and can directly bind and cross-link actin filaments, raising the possibility that septin-decorated actin structures in cells reflect direct actin-septin interactions. Recombinant SEPT9-containing octamers will make it possible to design cell-free assays to dissect the complex interactions of septins with cell membranes and the actin/microtubule cytoskeleton. Summary Human septins in cells form hetero-octameric complexes containing the ubiquitously expressed SEPT9. Iv et al. describe the first-time isolation of recombinant human septin octamers with distinct SEPT9 isoforms. Reconstitution studies show that octamers with either a long or a short SEPT9 isoform form higher-order filament assemblies and directly bind and cross-link actin filaments.

Summary Membrane contact sites (MCS) are subcellular regions where two organelles appose their membranes to exchange small molecules, including lipids. Structural information on how proteins form MCS is scarce. We designed an in vitro MCS with two membranes and a pair of tethering proteins suitable for cryo-tomography analysis. It includes VAP-A, an ER transmembrane protein interacting with a myriad of cytosolic proteins, and oxysterol-binding protein (OSBP), a lipid transfer protein that transports cholesterol from the ER to the trans Golgi network. We show that VAP-A is a highly flexible protein, allowing formation of MCS of variable intermembrane distance. The tethering part of OSBP contains a central, dimeric, and helical T-shape region. We propose that the molecular flexibility of VAP-A enables the recruitment of partners of different sizes within MCS of adjustable thickness, whereas the T geometry of the OSBP dimer facilitates the movement of the two lipid-transfer domains between membranes.

SUMMARY Membrane contact sites (MCSs) between organelles are heterogeneous in shape, composition and dynamics. Despite this diversity, VAP proteins act as receptors for multiple FFAT motif-containing proteins and drive the formation of most MCSs involving the endoplasmic reticulum (ER). Although the VAP‒FFAT interaction is well characterized, no model explains how VAP adapts to its partners in various MCSs. We report here that VAP-A localization to different MCSs depends on its intrinsically disordered regions (IDRs). We show that VAP-A interaction with PTPIP51 and VPS13A at ER‒mitochondria MCS conditions mitochondria fusion by promoting lipid transfer and cardiolipin buildup. VAP-A also enables lipid exchange at ER‒Golgi MCS by interacting with OSBP and CERT. However, removing IDRs from VAP-A restricts its distribution and function to ER‒ mitochondria MCS, at the expense of ER‒Golgi MCS. Our data suggest that IDRs of VAP-A do not modulate its preference towards specific partners, but adjust its geometry to the constraints linked to different MCS organization and lifetime. Thus, VAP-A conformational flexibility mediated by its IDRs ensures membrane tethering plasticity and efficiency.

Abstract While mechanosensitive ion channels’ gating has been well documented, the effect of membrane mechanics, in particular membrane curvature, on the function of transporters remains elusive. Since conical shape transmembrane proteins locally deform membranes, conversely membrane bending could impact their conformations and their function. We tested this hypothesis using BmrA, a bacterial ABC exporter that exhibits large conformational changes upon ATP hydrolysis, switching between open and closed states with opposite V-shapes. After reconstitution in liposomes of controlled curvature, we showed that BmrA ATPase activity decreases by 2.9-fold when their diameter decreases from 125 to 29 nm. Moreover, using single-molecule FRET, we observed that the fraction of closed conformations is significantly reduced in highly curved vesicles when adding ATP or non-hydrolysable AMP-PNP. Our results are well explained by a theoretical 2-states model including the effect of membrane mechanics on protein shape transition. Our work reveals that the functional cycle of conical transporters is curvature sensitive, to an extent depending on protein geometry. Teaser High membrane curvature strongly impacts the functional cycle of transporters

Abstract The fine regulation of actin polymerization is essential to control cell motility, architecture and to perform essential cellular functions. Formins are key regulators of actin filament assembly, known to processively elongate filament barbed ends and increase their polymerization rate. Based on indirect observations, different models have been proposed to describe the molecular mechanism governing the processive motion of formin FH2 domains at polymerizing barbed ends. Using electron microscopy, we directly identified two conformations of the mDia1 formin FH2 domains in interaction with the barbed ends of actin filaments. These conformations agree with the open and closed conformations of the “stair stepping” model proposed by Otomo and colleagues 1 . We observed the FH2 dimers to be in the open conformation for 79% of the data, interacting with the two terminal actin subunits of the barbed end, while they interact with three actin subunits in the closed conformation. Further, our data reveal that the open state encompasses a continuum of states where the orientation of the leading FH2 domain with respect to the filament long axis varies from 108 to 135 degrees. In addition, we identified FH2 domains encircling the core of actin filaments, providing structural information for mDia1 away from the barbed end. Based on these direct observations, we propose a model of formin in interaction with the growing filament end, as well as with the core of the filament.

Abstract Septins are cytoskeletal proteins interacting with the inner plasma membrane and other cytoskeletal partners. Being key in membrane remodeling processes, they often localize at specific micrometric curvatures. To analyze the behavior of human septins at the membrane, we have used a combination of methods to assay their ultrastructural organization, their curvature sensitivity as well as their role in membrane reshaping. In contrast to budding yeast septins, on membranes, human septins systematically organize into a two-layered mesh of orthogonal filaments instead of generating parallel sheets of filaments observed for budding yeast septins. This peculiar mesh organization is curvature sensitive and drives membrane reshaping as well. The observed membrane deformations together with the filamentous organization are recapitulated in a coarsegrained computed simulation to understand their mechanisms. Our results highlight the specificity of animal septins as opposed to fungal proteins.

ABSTRACT Cells secrete membrane-enclosed extracellular vesicles (EVs) and non-vesicular nanoparticles (ENPs) that may play a role in intercellular communication. Tumor-derived EVs have been proposed either to induce immune priming of antigen presenting cells, or, to be immuno-suppressive agents promoting tumor immune escape. We suspect that such disparate functions are due to variable composition in EV subtypes and ENPs of the analyzed EV preparations. We aimed to exhaustively characterize the array of secreted EVs and ENPs of murine tumor cell lines. Unexpectedly, we identified virus-like particles (VLPs) from endogenous murine leukemia virus in preparations of EVs produced by tumor cells. We established a robust protocol to separate small (s)EVs from VLPs and ENPs. We compared their protein composition and analyzed their functional interaction with target dendritic cells (DCs). ENPs were poorly captured and did not affect DCs. sEVs specifically induced DC death. A mixed EV/VLP preparation was the most efficient to induce DC maturation and antigen presentation. Our results call for systematic re-evaluation of the respective proportions and functions of non-viral EVs and VLPs produced by tumors and their contribution to anti-tumor immune responses and to tumor progression.

Endosomal sorting complexes required for transport-III (ESCRT-III) are thought to assemble in vivo inside membrane structures with a negative Gaussian curvature. How membrane shape influences ESCRT-III polymerization and conversely how ESCRT-III polymers shape membranes is still unclear. Here, we used human core ESCRT-III proteins, CHMP4B, CHMP2A, CHMP2B and CHMP3 to address this issue in vitro by combining membrane nanotube pulling experiments, cryo-electron microscopy, cryo-electron tomography and high-speed AFM. We show that CHMP4B filaments bind preferentially to flat membranes or to membrane tubes with a positive mean curvature. Both CHMP2B and CHMP2A/CHMP3 assemble on positively curved membrane tubes, the latter winding around the tubes. Although combinations of CHMP4B/CHMP2B and CHMP4B/CHMP2A/CHMP3 are recruited to the neck of pulled membrane tubes, they also reshape large unilamellar vesicles into helical membrane tubes with a pipe surface shape. Sub-tomogram averaging reveals that the filaments assemble parallel to the tube axis with some local perpendicular connections, highlighting the particular mechanical stresses imposed by ESCRT-III to stabilize the corkscrew-like membrane architecture. Our results thus underline the versatile membrane remodeling activity of ESCRT-III that may be a general feature of ESCRT-III required for all or selected cellular membrane remodeling processes.

ABSTRACT Intracellular trafficking is mediated by transport carriers that originate by membrane remodeling from donor organelles. Tubular carriers play major roles in the flux of membrane lipids and proteins to acceptor organelles. However, how lipids and proteins impose a tubular geometry on the carriers is incompletely understood. By exploiting imaging approaches at different scales on cells and in vitro membrane systems, we show that phosphatidylinositol-4-phosphate (PI4P) and biogenesis of lysosome-related organelles complex 1 (BLOC-1) govern the formation, stability and functions of recycling endosomal tubules. Endosomal PI4P production by type II PI4-kinases is needed to form nascent curved tubules through binding of BLOC-1 that stabilize and elongate them. Membrane remodeling by the PI4P/ BLOC-1 module functions not only in the recycling of endosomal cargoes, but also in the lifecycles of intracellular pathogens such as Chlamydia bacteria and influenza virus. This study demonstrates how a phospholipid and a protein complex coordinate as a minimal machinery to remodel cellular membranes into functional tubes.

Abstract Myosin VI (Myo6) is the only minus-end directed nanomotor on actin, allowing it to uniquely contribute to numerous cellular functions. As for other nanomotors, proper functioning of Myo6 relies on precise spatio-temporal control of motor activity via a poorly defined off-state and interactions with partners. Our structural, functional, and cellular studies reveal key features of myosin regulation and indicate that not all partners can activate Myo6. TOM1 and Dab2 cannot bind the off-state while, GIPC1 binds Myo6, releases its auto-inhibition and triggers proximal dimerization. Myo6 partners thus differentially recruit Myo6. We solved a crystal structure of the proximal dimerization domain, and show that its disruption compromises endocytosis in HeLa cells, emphasizing the importance of Myo6 dimerization. Finally, we show that the L926Q deafness mutation disrupts Myo6 auto-inhibition and indirectly impairs proximal dimerization. Our study thus demonstrates the importance of partners in the control of Myo6 auto-inhibition, localization, and activation.