Abstract Focal adhesions (FAs) are transmembrane protein assemblies mediating cell-matrix connection. Tools to manipulate the compositionally intricate and dynamic FAs are currently limited, rendering many fundamental hypotheses untestable. Although protein liquid-liquid phase separation (LLPS) has been tied to the organization and dynamics of FAs, the underlying mechanisms remain unclear. Here, we experimentally tune the LLPS of PXN/Paxillin, an essential scaffold protein of FAs, by utilizing light-inducible Cry2 system. In addition to nucleating FA components, light-triggered PXN LLPS potently activates integrin signaling and subsequently accelerates cell spreading. PXN favors homotypic interaction-driven LLPS in vitro . In cells, PXN condensates are associated with plasma membrane, and modulated by actomyosin contraction and client proteins of FAs. Interestingly, non-specific weak inter-molecular interactions, together with specific molecular interactions, underlie the multicomponent condensation of PXN, and are efficient to promote FA assembly and integrin signaling. Thus, our data establish an active role of PXN phase transition into a condensed membrane-associated compartment in promoting assembly/maturation of FAs.

Abstract The remodeling and stiffening of the extracellular matrix (ECM) associated with breast cancers is a well-recognized modulator of disease progression. However, how changes in the mechanical properties of the ECM are converted into biochemical signals that direct tumor cell migration and metastasis remains poorly characterized. Here, we describe a new role for the autophagy-inducing serine/threonine kinases ULK1 and ULK2 in mechanotransduction. We demonstrate that ULK1/2 activity inhibits the assembly of actin stress fibers and focal adhesions (FAs), and as a consequence impedes cell contraction and migration. Mechanistically, we identify PXN/paxillin, a key component of the mechanotransducing machinery, as a direct binding partner and substrate of ULK1/2. ULK-mediated phosphorylation of PXN at S32 and S119 weakens homotypic interactions and liquid-liquid phase separation of PXN, impairing FA assembly, which in turn impedes the mechanotransduction of breast cancer cells. ULK1/2 and the well characterized PXN regulator, FAK/Src, have opposing functions on mechanotransduction and compete for phosphorylation of adjacent serine and tyrosine residues. Thus, our study reveals ULK1/2 as important regulators of PXN-dependent mechanotransduction. Highlights ULK1/2 interact with PXN and phosphorylate PXN at S32 and S119 in response to mechanical stimuli ULK1/2-mediated phosphorylation of PXN regulates mechanotransduction and migration of breast cancer cells ULK1/2 modulate the biomaterial properties of focal adhesions through PXN phosphorylation ULK1/2 and FAK/Src act antagonistically in mechanotransduction through competitive phosphorylation of PXN