Abstract Impaired callus remodeling significantly contributes to the delayed healing of osteoporotic fractures; however, the underlying mechanisms remain unclear. Sensory neuronal signaling plays a crucial role in bone repair. In this study, we demonstrate that in ovariectomized (OVX) mice, the loss of CGRP + TrkA + sensory neuronal signaling during callus remodeling correlates with increased Cx3cr1 + iOCs expression within the bone callus. Conditional knockout of Cx3cr1 + iOCs restored CGRP + TrkA + sensory neuronal, enabling normal callus remodeling progression. Mechanistically, we further demonstrate that Cx3cr1 + iOCs secrete seme3A in the osteoporotic fracture repair microenvironment, inhibiting CGRP + TrkA + sensory neurons’ axonal regeneration and suppressing nerve-bone signaling exchange, thus hindering bone remodeling. Lastly, in human samples, we observed an association between the loss of CGRP + TrkA + sensory neuronal signaling and increased expression of Cx3cr1 + iOCs. In conclusion, enhancing CGRP + TrkA + sensory nerve signaling by inhibiting Cx3cr1 + iOCs activity presents a potential strategy for treating delayed healing in osteoporotic fractures.

Conventional kinesin-1 is the primary anterograde motor in cells for transporting cellular cargo. While there is a consensus that the C-terminal tail of kinesin-1 inhibits motility, the molecular architecture of a full-length autoinhibited kinesin-1 remains unknown. Here, we combine cross-linking mass spectrometry (XL-MS), electron microscopy (EM), and AlphaFold structure prediction to determine the architecture of the full-length autoinhibited kinesin-1 homodimer [kinesin-1 heavy chain (KHC)] and kinesin-1 heterotetramer [KHC bound to kinesin light chain 1 (KLC1)]. Our integrative analysis shows that kinesin-1 forms a compact, bent conformation through a break in coiled coil 3. Moreover, our XL-MS analysis demonstrates that kinesin light chains stabilize the folded inhibited state rather than inducing a new structural state. Using our structural model, we show that disruption of multiple interactions between the motor, stalk, and tail domains is required to activate the full-length kinesin-1. Our work offers a conceptual framework for understanding how cargo adaptors and microtubule-associated proteins relieve autoinhibition to promote activation.

The critical role of electromagnetic multiphysics simulation in accurately simulating real-world scenarios cannot be overstated and COMSOL is a powerful multiphysics simulation software. Our work leverages COMSOL to repeatedly simulate a typical cavity filter model, resulting in 340 distinct S-parameter curves. Each curve corresponds to a unique set of filter parameters as inputs. The simulation inputs and outputs were integrated into a Backpropagation (BP) neural network for training and prediction. This integration of neural network and data-driven methodologies not only reduces the computational time of electromagnetic multiphysics simulation from two hours to two seconds but also yields accurate numerical solutions, which difference with COMSOL simulation results is only 4%. The framework can be innovatively designed for rapid prediction and analysis of cavity filter performance.

ABSTRACT Kinesins are tightly regulated in space and time to control their activation in the absence of cargo-binding. Kinesin-binding protein (KIFBP) was recently discovered to bind the catalytic motor heads of 8 of the 45 known kinesin superfamily members and inhibit binding to microtubules. In humans, mutation of KIFBP gives rise to Goldberg-Shprintzen syndrome (GOSHS), but the kinesin(s) that is misregulated to produce clinical features of the disease is not known. Understanding the structural mechanism by which KIFBP selects its kinesin binding partners will be key to unlocking this knowledge. Using a combination of cryo-electron microscopy and crosslinking mass spectrometry, we determined structures of KIFBP alone and in complex with two mitotic kinesins, revealing regions of KIFBP that participate in complex formation. KIFBP adopts an alpha-helical solenoid structure composed of TPR repeats. We find that KIFBP uses a 2-pronged mechanism to remodel kinesin motors and block microtubule-binding. First, KIFBP engages the microtubule-binding interface and sterically blocks interaction with microtubules. Second, KIFBP induces allosteric conformational changes to the kinesin motor head that displace a key structural element in the kinesin motor head (α-helix 4) required for microtubule binding. We identified two regions of KIFBP necessary for in vitro kinesin-binding as well as cellular regulation during mitosis. Taken together, this work establishes the mechanism of kinesin inhibition by KIFBP and provides the first example of motor domain remodeling as a means to abrogate kinesin activity.