Cell and tissue functions rely on an elaborate intracellular transport system responsible for distributing bioactive molecules with high spatiotemporal accuracy. The tubular network of the Endoplasmic Reticulum (ER) constitutes a system for the delivery of luminal solutes it stores, including Ca 2+ , across the cell periphery. The physical nature and factors underlying the ER's functioning as a fluidics system are unclear. Using an improved ER transport visualisation methodology combined with optogenetic Ca 2+ dynamics imaging, we observed that ER luminal transport is modulated by natural ER tubule narrowing and dilation, directly proportional to the amount of an ER membrane morphogen, Reticulon 4 (RTN4). Consequently, the ER morphoregulatory effect of RTN4 defines ER's capacity for peripheral Ca 2+ delivery and thus controls axonogenesis. Excess RTN4 limited ER luminal transport, Ca 2+ release and iPSC-derived cortical neurons' axonal extension, while RTN4 elimination reversed the effects.

Cell functions rely on intracellular transport systems distributing bioactive molecules with high spatiotemporal accuracy. The endoplasmic reticulum (ER) tubular network constitutes a system for delivering luminal solutes, including Ca2+, across the cell periphery. How the ER structure enables this nanofluidic transport system is unclear. Here, we show that ER membrane-localized reticulon 4 (RTN4/Nogo) is sufficient to impose neurite outgrowth inhibition in human cortical neurons while acting as an ER morphoregulator. Improving ER transport visualization methodologies combined with optogenetic Ca2+ dynamics imaging and in silico modeling, we observed that ER luminal transport is modulated by ER tubule narrowing and dilation, proportional to the amount of RTN4. Excess RTN4 limited ER luminal transport and Ca2+ release, while RTN4 elimination reversed the effects. The described morphoregulatory effect of RTN4 defines the capacity of the ER for peripheral Ca2+ delivery for physiological releases and thus may constitute a mechanism for controlling the (re)generation of neurites.