Abstract KIF1A, a microtubule-based motor protein responsible for axonal transport, is linked to a group of neurological disorders known as KIF1A-associated neurological disorder (KAND). Current therapeutic options for KAND are limited. Here, we introduced the clinically relevant KIF1A(R11Q) variant into the C. elegans homolog UNC-104, resulting in uncoordinated animal behaviors. Through genetic suppressor screens, we identified intragenic mutations in UNC-104’s motor domain that rescued synaptic vesicle localization and coordinated movement. We showed that two suppressor mutations partially recovered motor activity in vitro by counteracting the structural defect caused by R11Q at KIF1A’s nucleotide-binding pocket. We found that supplementation with fisetin, a plant flavonol, improved KIF1A(R11Q) worms’ movement and morphology. Notably, our biochemical and single-molecule assays revealed that fisetin directly restored the ATPase activity and processive movement of human KIF1A(R11Q) without affecting wild-type KIF1A. These findings suggest fisetin as a potential intervention for enhancing KIF1A(R11Q) activity and alleviating associated defects in KAND.

Asymmetric cell divisions (ACDs) generate two daughter cells with identical genetic information but distinct cell fates through epigenetic mechanisms. However, the process of partitioning different epigenetic information into daughter cells remains unclear. Here, we demonstrate that the nucleosome remodeling and deacetylase (NuRD) complex is asymmetrically segregated into the surviving daughter cell rather than the apoptotic one during ACDs in Caenorhabditis elegans. The absence of NuRD triggers apoptosis via the EGL–1–CED–9–CED–4–CED–3 pathway, while an ectopic gain of NuRD enables apoptotic daughter cells to survive. We identify the vacuolar H+–adenosine triphosphatase (V–ATPase) complex as a crucial regulator of NuRD9s asymmetric segregation. V–ATPase interacts with NuRD and is asymmetrically segregated into the surviving daughter cell. Inhibition of V–ATPase disrupts cytosolic pH asymmetry and NuRD asymmetry. We suggest that asymmetric segregation of V–ATPase may cause distinct acidification levels in the two daughter cells, enabling asymmetric epigenetic inheritance that specifies their respective life–versus–death fates.

Abstract Perturbation of spectrin-based membrane mechanics causes hereditary elliptocytosis and spinocerebellar ataxia, but the underlying cellular basis of pathogenesis remains unclear. Here, we introduced the conserved disease-associated spectrin mutations into the C. elegans genome and studied the contribution of spectrin to neuronal migration and dendrite formation in developing larvae. The loss of spectrin generates an ectopic actin polymerization outside of the existing front and secondary membrane protrusions, leading to defective neuronal positioning and dendrite morphology in adult animals. Spectrin accumulates in the lateral and the rear of migrating neuroblasts and redistributes from the soma into the newly formed dendrites, indicating that the spectrin-based membrane skeleton is asymmetric and remodels to regulate actin assembly and cell shape during development. We affinity-purified spectrin from C. elegans and showed that its binding partner ankyrin functions with spectrin. Asymmetry and remodeling of membrane skeleton may enable spatiotemporal modulation of membrane mechanics for distinct developmental events. Significance Statement The biomechanical regulation of neural development is largely unknown. The spectrin-based membrane skeleton is essential for the structural integrity of the plasma membrane. This study addresses the function and behavior of spectrin in neuroblast migration and dendrite formation. The loss of spectrin generates an ectopic actin polymerization outside of the existing front, leading to defective neuronal positioning and dendrite morphology. Spectrin is absent from the leading edge but accumulates in the posterior of migrating neuroblasts and redistributes from the soma into the nascent dendrites, indicating that the membrane skeleton is asymmetric and remodels. Asymmetry and remodeling of the membrane skeleton may enable spatiotemporal modulation of membrane mechanics for distinct developmental events.