Abstract For bacterial cell division, treadmilling filaments of FtsZ organize into a ring-like structure at the center of the cell. What governs the architecture and stability of this dynamic Z-ring is currently unknown, but FtsZ-associated proteins have been suggested to play an important role. Here, we used an in vitro reconstitution approach combined with fluorescence microscopy to study the influence of the well-conserved protein ZapA on the organization and dynamics of FtsZ filaments recruited to a supported membrane. We found that ZapA increases the spatial order and stabilizes the steady-state architecture of the FtsZ filament network in a highly cooperative manner. Despite its strong influence on their large-scale organization, ZapA binds only transiently to FtsZ filaments and has no effect on their treadmilling velocity. Together, our data explains how FtsZ-associated proteins can contribute to the precision and stability of the Z-ring without compromising treadmilling dynamics.

Abstract Bacterial cell division is coordinated by the Z-ring, a cytoskeletal structure of treadmilling filaments of FtsZ and their membrane anchors, FtsA and ZipA. For divisome maturation and initiation of constriction, the widely conserved actin-homolog FtsA plays a central role, as it links downstream cell division proteins in the membrane to the Z-ring in the cytoplasm. According to the current model, FtsA initiates cell constriction by switching from an inactive polymeric conformation to an active monomeric form, which then stabilizes the Z-ring and recruits downstream proteins such as FtsN. However, direct biochemical evidence for this mechanism is missing so far. Here, we used biochemical reconstitution experiments in combination with quantitative fluorescence microscopy to study the mechanism of divisome activation in vitro . By comparing the properties of wildtype FtsA and FtsA R286W, a gain-of-function mutant thought to mimic its active state, we found that active FtsA outperforms the wildtype protein in replicating FtsZ treadmilling dynamics, filament stabilization and FtsN recruitment. We could attribute these differences to a faster membrane exchange of FtsA R286W as well as its higher packing density below FtsZ filaments. Using FRET microscopy, we also show that binding of FtsN does not compete with, but promotes FtsA self-interaction. Together, our findings shed new light on the assembly and activation of the bacterial cell division machinery and the mechanism of how FtsA initiates cell constriction.

Abstract Embryo development is an orchestrated process that relies on tight regulation of gene expression to guide cell differentiation and fate decisions. Alternative splicing is modulated during development as an additional layer of regulation to reprogram gene expression patterns. The Srrm2 splicing factor has recently been implicated in developmental disorders and diseases, but its role in early mammalian development remains unexplored. Here, we show that Srrm2 dosage is critical for maintaining embryonic stem cell pluripotency and cell identity. Srrm2 heterozygosity promotes loss of stemness, characterized by the coexistence of cells expressing naive and formative pluripotency markers, together with extensive changes in gene expression, including genes regulated by serum- response transcription factor and differentiation-related genes. Depletion of Srrm2 by RNA interference in embryonic stem cells shows that the earliest effects of Srrm2 half-dosage are specific alternative splicing events on a small number of genes, followed by expression changes in metabolism and differentiation-related genes. Our findings unveil molecular and cellular roles of Srrm2 in stemness and lineage commitment, shedding light on the roles of splicing regulators in early embryogenesis, developmental diseases and tumorigenesis. Summary statement This article emphasizes the importance of splicing regulators in early mammalian development by uncovering roles of SRRM2 splicing factor dosage in pluripotency, providing novel insights for a better understanding of Srrm2-related diseases.

ABSTRACT During culture, female human pluripotent stem cells (hPSCs), including human induced PSCs (hiPSCs) exhibit a propensity for erosion of X-chromosome inactivation (XCI). This phenomenon is characterized by the loss of XIST RNA expression and reactivation of a subset of X-linked genes from the inactive X chromosome (Xi). XCI erosion, despite its common occurrence, is often overlooked by the stem cell community, hindering a complete understanding of its impact on both fundamental and translational applications of hiPSCs. Investigating erosion dynamics in female hiPSCs, our study reveals that XCI erosion is a frequent yet heterogeneous phenomenon, resulting in the reactivation of several X-linked genes. The likelihood of a gene to erode increases for those located on the short arm of the X chromosome and within H3K27me3-enriched domains. Paradoxically, genes that typically escape XCI are hypersensitive to loss of XIST RNA and XCI erosion. This implies that XIST RNA normally restrains expression levels of these genes on the Xi. Importantly, increased X-linked gene expression upon erosion does not globally impact (hydroxy)methylation levels in hiPSCs or at imprinted regions. By exploring diverse differentiation paradigms, such as trilineage commitment and cardiac differentiation, our study reveals the persistence of abnormal XCI patterns throughout differentiation. This finding has significant implications for fundamental research, translational applications, and clinical use of stem cells. We underscore the importance of raising awareness within the stem cell community regarding XCI erosion and advocate for its inclusion in comprehensive hiPSC quality control.

Abstract Gas exchanges are ensured by lung alveoli, which are mainly composed by epithelial alveolar type 1 (AT1), alveolar type 2 (AT2) and capillary endothelial cells (ECs). Alveologenesis starts during late embryonic development and continues after birth and relies on extensive biochemical crosstalk between these cell types. How this crosstalk is modulated to anticipate and accommodate the radical changes occurring at birth is still unclear. We investigated the alternative splicing (AS) changes occurring during lung development at the embryonic to postnatal transition by performing RNAseq of mouse lungs at distinct developmental stages. We found that most of the AS changes occur at the embryonic to postnatal transition. In addition, we identified hnRNP A1, Cpeb4 and Elavl2/HuB as putative splicing regulators of this transition. We show that the AS of a major pro- angiogenic chemokine, vascular endothelial growth factor A (VEGFA), is differentially regulated at this transition. Remarkably, we found that there is a switch from the predominance of Vegfa 164 to Vegfa 188 just before birth specifically in AT1 cells, whilst in other cell populations Vegfa does not undergo AS changes. Moreover, we identified a novel Vegfa isoform generated by the retention of intron 5, Vegfa i5 . Our results reveal a cell type-specific regulation of Vegfa AS that may constitute a pre- birth adaptation mechanism of the epithelial-endothelial crosstalk, which may be fundamental for the adaptation to breathing and may have implications for pathological conditions.

Abstract Microtubule plus end depolymerization rate is a potentially important target of physiological regulation, but it has been challenging to measure, so its role in spatial organization is poorly understood. Here we apply a method for tracking plus ends based on time difference imaging to measure depolymerization rates in large interphase asters growing in Xenopus egg extract. We observed strong spatial regulation of depolymerization rates, which were almost two-fold higher in the aster interior compared to the periphery, and much less regulation of polymerization or catastrophe rates. We interpret these data in terms of a limiting component model, where aster growth results in lower levels of soluble tubulin and MAPs in the interior cytosol compared to that at the periphery. The steady-state polymer fraction of tubulin was ∼30%, so tubulin is not strongly depleted in the aster interior. We propose that the limiting component for microtubule assembly is a MAP that inhibits depolymerization, and that egg asters are tuned to low microtubule density.

The polymerization–depolymerization dynamics of cytoskeletal proteins play essential roles in the self-organization of cytoskeletal structures, in eukaryotic as well as prokaryotic cells. While advances in fluorescence microscopy and in vitro reconstitution experiments have helped to study the dynamic properties of these complex systems, methods that allow to collect and analyze large quantitative datasets of the underlying polymer dynamics are still missing. Here, we present a novel image analysis workflow to study polymerization dynamics of active filaments in a non-biased, highly automated manner. Using treadmilling filaments of the bacterial tubulin FtsZ as an example, we demonstrate that our method is able to specifically detect, track and analyze growth and shrinkage of polymers, even in dense networks of filaments. We believe that this automated method can facilitate the analysis of a large variety of dynamic cytoskeletal systems, using standard time-lapse movies obtained from experiments in vitro as well as in the living cell. Moreover, we provide scripts implementing this method as supplementary material.