We describe here a signal transduction pathway controlling the establishment of mammalian cell polarity. Scratching a confluent monolayer of primary rat astrocytes leads to polarization of cells at the leading edge. The microtubule organizing center, the microtubule cytoskeleton, and the Golgi reorganize to face the new free space, and directed cell protrusion and migration specifically occur perpendicularly to the scratch. We show here that the interaction of integrins with extracellular matrix at the newly formed cell front leads to the activation and polarized recruitment of Cdc42, which in turn recruits and activates a cytoplasmic mPar6/PKCζ complex. Localized PKCζ activity, acting through the microtubule motor protein dynein, is required for all aspects of induced polarity in these cells.

Chemical and physical properties of the environment control cell proliferation, differentiation, or apoptosis in the long term. However, to be able to move and migrate through a complex three-dimensional environment, cells must quickly adapt in the short term to the physical properties of their surroundings. Interactions with the extracellular matrix (ECM) occur through focal adhesions or hemidesmosomes via the engagement of integrins with fibrillar ECM proteins. Cells also interact with their neighbors, and this involves various types of intercellular adhesive structures such as tight junctions, cadherin-based adherens junctions, and desmosomes. Mechanobiology studies have shown that cell–ECM and cell–cell adhesions participate in mechanosensing to transduce mechanical cues into biochemical signals and conversely are responsible for the transmission of intracellular forces to the extracellular environment. As they migrate, cells use these adhesive structures to probe their surroundings, adapt their mechanical properties, and exert the appropriate forces required for their movements. The focus of this review is to give an overview of recent developments showing the bidirectional relationship between the physical properties of the environment and the cell mechanical responses during single and collective cell migration.

Abstract Mechanotransduction is a process by which cells sense the mechanical properties of their surrounding environment and adapt accordingly to perform cellular functions such as adhesion, migration and differentiation. Integrin-mediated focal adhesions are major sites of mechanotransduction and their connection with the actomyosin network is crucial for mechanosensing as well as the generation and transmission of forces onto the substrate. Despite having emerged as major regulators of cell adhesion and migration, the contribution of microtubules to mechanotransduction still remains elusive. Here, we show that actomyosin-dependent mechanosensing of substrate rigidity controls microtubule acetylation, a tubulin post-translational modification, by promoting the recruitment of the alpha-tubulin acetyl transferase (αTAT1) to focal adhesions. Microtubule acetylation, in turn, promotes GEF-H1 mediated RhoA activation, actomyosin contractility and traction forces. Our results reveal a fundamental crosstalk between microtubules and actin in mechanotransduction, which contributes to mechanosensitive cell adhesion and migration.

Abstract Spatiotemporally dynamic microtubule acetylation underlies diverse physiological events ranging from cell migration to intracellular trafficking, autophagy and viral infections. Despite its ubiquity, the molecular mechanisms that regulate the sole microtubule acetylating agent, α-tubulin N-acetyltransferase 1 (α-TAT1) remain obscure. Here we report that dynamic intracellular localization of α-TAT1 unexpectedly determines the efficiency of microtubule acetylation. Specifically, we newly identified a conserved signal motif in the intrinsically disordered C-terminus of α-TAT1, consisting of three competing regulatory elements - nuclear export, nuclear import and cytosolic retention. Their balance is tuned via phosphorylation by serine-threonine kinases including CDK1 and CK2. While the un-phosphorylated form resides both in the cytosol and nucleus, the phosphorylated form binds to specific 14-3-3 adapters and accumulates in the cytosol for maximal substrate access. Cytosolic localization of α-TAT1 predominantly mediates microtubule acetylation, cell proliferation and DNA damage response. In contrast to other molecules with a similar phospho-regulated signal motif including transcription factors, α-TAT1 uniquely uses the nucleus as a hideout. As amino acid mutations to the motif have been reported in cancer patients, the present mechanism of subcellular α-TAT1 localization may help uncover a spatiotemporal code of microtubule acetylation in normal and aberrant cell functions.

Abstract The C-terminus of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) protein E contains a PBM (PDZ binding motif) targeting PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domains identical to the PBM of SARS-CoV. The latter is involved in the pathogenicity of the virus. Recently, we identified ten human PDZ-containing proteins showing significant interactions with SARS-CoV-2 protein E PBM. We selected several of them involved in cellular junctions and cell polarity (TJP1, PARD3, MLLT4, LNX2) and MPP5/Pals1 previously shown to interact with SARS-CoV E PBM. Targeting cellular junctions and polarity components is a common strategy by viruses to hijack cell machinery to their advantage. In this study, we showed that these host PDZ domains TJP1, PARD3, MLLT4, LNX2 and MPP5/PALS1 interact in a PBM-dependent manner in vitro and colocalize with the full-length E protein in cellulo , sequestrating the PDZ domains to the Golgi compartment. We solved three crystal structures of complexes between human LNX2, MLLT4 and MPP5 PDZs and SARS-CoV-2 E PBM highlighting its binding preferences for several cellular targets. Finally, we showed different affinities for the PDZ domains with the original SARS-CoV-2 C-terminal sequence containing the PBM and the one of the beta variant that contains a mutation close to the PBM. The acquired mutations in E protein localized near the PBM might have important effects both on the structure and the ion-channel activity of the E protein and on the host machinery targeted by the variants during the infection.

Abstract Cancer cell softening increases with the progression of the disease, suggesting that mechanical phenotyping could be used as a diagnostic or prognostic method. Here we investigate the cell mechanics of gliomas, brain tumors that originate from glial cells or glial progenitors. We use two microrheology techniques, a single cell parallel plates rheometer to probe whole cell mechanics and optical-tweezers to probe intracellular rheology. We show that cell mechanics discriminates human glioma cells of different grades. When probed globally, grade IV glioblastoma cells are softer than grade III astrocytoma cells, while they are surprisingly stiffer at the intracellular level. We explain this difference between global and local intracellular behaviours by changes in the composition and spatial organization of the cytoskeleton and by changes in nuclear mechanics. Our study highlights the need to combine rheology techniques for potential diagnostic or prognostic methods based on cancer cell mechanophenotyping.

Abstract The carboxy terminal tail of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) envelope protein (E) contains a PDZ-binding motif (PBM) which is crucial for coronavirus pathogenicity. During SARS-CoV-2 infection, the viral E protein is expressed within the Golgi apparatus membrane of host cells with its PBM facing the cytoplasm. In this work we study the molecular mechanisms controlling the presentation of the PBM to host PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domain-containing proteins. We show that at the level of the Golgi apparatus, the PDZ-binding motif of the E protein is not detected by E C-terminal specific antibodies neither by PDZ domain-containing protein binding partner. Four alanine substitutions upstream of the PBM in the central region of the E protein tail is sufficient to generate immunodetection by anti-E antibodies and trigger robust recruitment of the PDZ domain-containing protein into the Golgi organelle. Overall, this work suggests that the presentation of the PBM to the cytoplasm is under conformational regulation mediated by the central region of the E protein tail and that PBM presentation probably does not occur at the surface of Golgi cisternae but likely at post-Golgi stages of the viral cycle.

The American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) and the National Coordinating Center for the Regional Genetics Networks (NCC)-developed ACT sheets are a vital resource for state newborn screening (NBS) programs. They allow NBS programs to be able to provide up-to-date, just-in-time disorder information to primary care providers (PCPs). Their continued availability is necessary to ensure that all babies identified by newborn screening receive appropriate evaluation and care.

Microtubules play a crucial role in mesenchymal migration by controlling cell polarity and the turnover of cell adhesive structures on the extracellular matrix. The polarized functions of microtubules imply that microtubules are locally regulated. Here, we investigated the regulation and role of two major tubulin post-translational modifications, acetylation and detyrosination, which have been associated with stable microtubules. Using primary astrocytes in a wound healing assay, we show that these tubulin modifications are independently regulated during cell polarization and differently affect cell migration. In contrast to microtubule detyrosination, αTAT1-mediated microtubule acetylation increases in the vicinity of focal adhesions and promotes cell migration. We further demonstrate that αTAT1 increases focal adhesion turnover by promoting Rab6-positive vesicle fusion at focal adhesions. Our results highlight the specificity of microtubule post-translational modifications and bring new insight into the regulatory functions of tubulin acetylation.