Abstract Background Mouse nodal immotile cilia mechanically sense the bending direction for left–right (L–R) determination and activate the left-side-specific signaling cascade, leading to increased Nodal activity. Asymmetric distribution of Pkd2, a crucial channel for L-R determination, on immotile cilia has been reported recently. However, the causal relationship between the asymmetric Pkd2 distribution and direction-dependent flow sensing is not well understood. Furthermore, the underlying molecular mechanism directing this asymmetric Pkd2 distribution remains unclear. Results The effects of several recombinant proteins and inhibitors on the Pkd2 distribution were analyzed using super-resolution microscopy. Notably, bone morphogenetic protein 4 (BMP4) affected the Pkd2 distribution. Additionally, three-dimensional manipulation of nodal immotile cilia using optical tweezers revealed that excess BMP4 caused defects in the mechanosensing ability of the cilia. Conclusions Experimental data together with model calculations suggest that BMP4 regulates the asymmetric distribution of Pkd2 in nodal immotile cilia, thereby affecting the ability of these cilia to sense the bending direction for L–R determination. This study, for the first time, provides insight into the relationship between the asymmetric protein distribution in cilia and their function.

Abstract Almost all differentiated mammalian cells have primary cilia on their surface. Ciliary dysfunction causes ciliopathy in humans. Centrosomal protein 290 (CEP290) is a ciliary protein that causes ciliopathies, localizes at the cilial base in ciliated cells, whereas it localizes to the centrosome in non-ciliated proliferating cells. The cilia-dependent function of CEP290 has been extensively studied; however, the cilia-independent function, which is likely responsible for the wider phenotypic spectra of CEP290-related ciliopathies, remains largely unknown. Here, we examined cilia-independent functions of CEP290 in non-ciliated cells. Our study showed that Cep290 function loss suppresses microtubule elongation due to microtubule organizing center malfunction. Surprisingly, CEP290 forms a complex with the adenomatous polyposis coli (APC) protein encoded by the adenomatous polyposis coli gene. The APC-CEP290 complex exists in the centrosome and on microtubule fibers. Notably, the reduced focal adhesion formation is likely responsible for the Cep290 mutant phenotypes, including impaired directed cell migration, shrunken cell shape, and reduced adhesive capacity to the extracellular matrix. The APC-CEP290 complex is consistently important for transporting a focal adhesion molecule, paxillin, to focal adhesions in non-ciliated cells. Thus, our findings provide a novel platform to better understand the ciliopathies.

Abstract Advances in fluorescence microscopy and tissue-clearing technology have revolutionized three-dimensional (3D) imaging of fluorescently labeled tissues, organs, and embryos. However, the complexity and high cost of existing software and computer solutions for such imaging limit its widespread adoption by researchers with limited resources. We here introduce Acto3D as a user- and budget-friendly, open-source computer software application designed to streamline the generation and observation of high-resolution 3D images of targets labeled with multiple fluorescent probes. Acto3D features an intuitive interface that simplifies the importation, visualization, and analysis of data sets, has an associated tool for annotation of vascular lumens, and incorporates multiple fluorescence channels for comprehensive imaging. Underpinned by an integrated graphics processing unit, Acto3D allows accurate image reconstruction and efficient data processing without the need for expensive high-performance computers. We validated the software by imaging mouse embryonic structures. Acto3D thus constitutes a cost-effective and efficient platform to support biological research.

Abstract Background Intestinal atresia (IA) is a congenital gut obstruction caused by the absence of gut opening. Genetic factors are assumed to be critical for the development of IA, in addition to accidental vascular insufficiency or mechanical strangulation. However, the molecular mechanism underlying IA remains poorly understood. Results In this study, to better understand such a mechanism, we isolated a mutant of Oryzias latipes (the Japanese rice fish known as medaka) generated by N-ethyl-N-nitrosourea mutagenesis, in which IA develops during embryogenesis. Positional cloning identified a nonsense mutation in the myosin phosphatase target subunit 1 ( mypt1 ) gene. Consistent with known Mypt1 function, the active form of myosin regulatory light chain (MRLC), which is essential for actomyosin contraction, and F-actin were ectopically accumulated in the intestinal epithelium of mutant embryos, whereas cell motility, proliferation and cell death were not substantially affected. Corresponding to the accumulation site of F-actin/active MRLC, the intestinal epithelium architecture was disordered. Importantly, blebbistatin, a non-muscle myosin inhibitor, attenuated the development of IA in the mutant. Conclusions Cytoskeletal contraction governed by mypt1 regulates the integrity of the embryonic intestinal epithelium. This study provides new insight into our understanding of the mechanism of IA development in humans. Bullet Points Medaka mypt1 mutants display intestinal atresia. The level of phosphorylated myosin regulatory light chain was higher in mypt1 mutant embryos than in wild-type embryos. The levels of F-actin appeared elevated in the intestinal epithelium of mypt1 mutants. Blebbistatin, an inhibitor of non-muscle myosin II, rescued intestinal atresia in mypt1 mutant embryos.

The compound 15-deacetylcalonectrin (15-deCAL) is a common pathway intermediate in the biosynthesis of Fusarium trichothecenes. This tricyclic intermediate is metabolized to calonectrin (CAL) by trichothecene 15-O-acetyltransferase encoded by Tri3. Unlike other trichothecene pathway Tri gene mutants, the Δtri3 mutant produces lower amounts of the knocked-out enzyme’s substrate 15-deCAL, and instead, accumulates higher quantities of earlier bicyclic intermediate and shunt metabolites. Furthermore, evolutionary studies suggest that Tri3 may play a role in shaping the chemotypes of trichothecene-producing Fusarium strains. To better understand the functional role of Tri3p in biosynthesis and evolution, we aimed to develop a method to produce 15-deCAL by using transgenic Fusarium graminearum strains derived from a trichothecene overproducer. Unfortunately, introducing mutant Tri3, encoding a catalytically impaired but structurally intact acetylase, did not improve the low 15-deCAL production level of the ΔFgtri3 deletion strain, and the bicyclic products continued to accumulate as the major metabolites of the active-site mutant. These findings are discussed in light of the enzyme responsible for 15-deCAL production in trichothecene biosynthesis machinery. To efficiently produce 15-deCAL, we tested an alternative strategy of using a CAL-overproducing transformant. By feeding a crude CAL extract to a Fusarium commune strain that was isolated in this study and capable of specifically deacetylating C-15 acetyl, 15-deCAL was efficiently recovered. The substrate produced in this manner can be used for kinetic investigations of this enzyme and its possible role in chemotype diversification.