Autophagy, fundamentally a lysosomal degradation pathway, functions in cells during normal growth and certain pathological conditions, including starvation, to maintain homeostasis. Autophagosomes are formed through a mechanism that is not well understood, despite the identification of many genes required for autophagy. We have studied the mammalian homologue of Atg9p, a multi-spanning transmembrane protein essential in yeast for autophagy, to gain a better understanding of the function of this ubiquitious protein. We show that both the N- and C-termini of mammalian Atg9 (mAtg9) are cytosolic, and predict that mAtg9 spans the membrane six times. We find that mAtg9 is located in the trans-Golgi network and late endosomes and colocalizes with TGN46, the cation-independent mannose-6-phosphate receptor, Rab7 and Rab9. Amino acid starvation or rapamycin treatment, which upregulates autophagy, causes a redistribution of mAtg9 from the TGN to peripheral, endosomal membranes, which are positive for the autophagosomal marker GFP-LC3. siRNA-mediated depletion of the putative mammalian homologue of Atg1p, ULK1, inhibits this starvation-induced redistribution. The redistribution of mAtg9 also requires PI 3-kinase activity, and is reversed after restoration of amino acids. We speculate that starvation-induced autophagy, which requires mAtg9, may rely on an alteration of the steady-state trafficking of mAtg9, in a Atg1-dependent manner.

Nutrient deprivation of eukaryotic cells provokes a variety of stress responses, including autophagy. Autophagy is carried out by autophagosomes which sequester cytosolic components and organelles for degradation after fusion with protease-containing endosomes. To determine the role of microtubules in autophagy, we used nocodazole and vinblastine to disrupt microtubules and independently measured formation and fusion of autophagsosomes in primary rat hepatocytes. By measuring the translocation of GFP-LC3, an autophagosomal marker, to autophagosomes and the lipidation of GFP-LC3, we quantified the rate and magnitude of autophagosome formation. Starvation increased both the rate of autophagosome formation over the basal level and the total number of autophagosomes per cell. Maximal autophagosome formation required an intact microtubule network. Fusion of autophagosomes with endosomes, assayed by acquisition of protease-inhibitor sensitivity as well as overlap with LysoTracker Red-positive endosomes, required intact microtubules. Live-cell imaging demonstrated that autophagosomes were motile structures, and their movement also required microtubules. Interestingly, vinblastine stimulated autophagosome formation more than twofold before any discernable change in the microtubule network was observed. Stimulation of autophagosome formation by vinblastine was independent of nutrients and mTOR activity but was inhibited by depletion of the Autophagy proteins Atg5 and Atg6, known to be required for autophagy.

Abstract Cell migration is important for development and its aberrant regulation contributes to many diseases. The Scar/WAVE complex is essential for Arp2/3 mediated lamellipodia formation during mesenchymal cell migration and several coinciding signals activate it. However, so far, no direct negative regulators are known. We have identified Nance-Horan Syndrome-like 1 protein (NHSL1) as a novel, direct binding partner of the Scar/WAVE complex, which co-localise at protruding lamellipodia. This interaction is mediated by the Abi SH3 domain and two binding sites in NHSL1. Furthermore, active Rac binds to NHSL1 at two regions that mediate leading edge targeting of NHSL1. Surprisingly, NHSL1 inhibits cell migration through its interaction with the Scar/WAVE complex. Mechanistically, NHSL1 may reduce cell migration efficiency by impeding Arp2/3 activity, as measured in cells using a novel Arp2/3 FRET-FLIM biosensor, resulting in reduced F-actin density of lamellipodia, and consequently impairing the stability of lamellipodia protrusions.

Abstract Signaling from the T cell antigen receptor (TCR) on CD4 + T cells plays a critical role in adaptive immune responses by inducing T cell activation, proliferation, and differentiation. We demonstrate that WNK1, a kinase implicated in osmoregulation in the kidney, is required in T cells to support T-dependent antibody responses. WNK1-deficient CD4 + T cells are severely impaired in their ability to proliferate and to generate antigen-specific T follicular helper cells in response to immunization with a T-dependent antigen. We show that WNK1 and its downstream OXSR1 and STK39 kinases are required for TCR signaling in CD4 + T cells and for entry into cell cycle. Additionally, by preventing ATR activation, this pathway is required for T cells to progress from G2 into M phase of the cell cycle. Unexpectedly, we show that this WNK1 pathway regulates water influx, most likely through AQP3, which is required for TCR-induced signaling and cell cycle entry. Thus, TCR signaling via WNK1, OXSR1, STK39 and AQP3 leads to water entry that is essential for CD4 + T cell proliferation and hence T cell-dependent antibody responses. Given the broad expression of WNK1, WNK1-dependent water influx may be a common feature of mitogenic pathways in many cell types, both within the immune system and beyond. One Sentence Summary T cell antigen receptor signaling via the WNK1 kinase causes water entry which is essential for CD4 + T cell proliferation.

Abstract Migration and adhesion play critical roles in B cells, regulating recirculation between lymphoid organs, migration within lymphoid tissue and interaction with CD4 + T cells. However, there is limited knowledge of how B cells integrate chemokine receptor and integrin signaling with B cell activation to generate efficient humoral responses. Here we show that the WNK1 kinase, a regulator of migration and adhesion, is essential in B cells for T-dependent antibody responses. We demonstrate that WNK1 transduces signals from the BCR, CXCR5 and CD40, and using intravital imaging we show that WNK1 regulates migration of naive and activated B cells, and their interactions with T cells. Unexpectedly, we show that WNK1 is required for BCR- and CD40-induced proliferation, acting through the OXSR1 and STK39 kinases, and for efficient B cell-T cell collaboration in vivo . Thus, WNK1 is critical for humoral immune responses, by regulating B cell migration, adhesion and T cell-dependent activation. Summary The WNK1 kinase is essential in B cells for T-dependent antibody responses because it is activated by signaling from BCR, CXCR5 and CD40 and regulates B cell migration, adhesion, T-dependent activation, and differentiation into germinal center B cells and plasma cells.

Subcapsular sinus macrophages (SSMs) play a key role in immune defence by forming immunological barriers that control the transport of pathogens from lymph into lymph node follicles. SSMs participate in antibody responses by presenting antigens directly to naive B cells and by supplying antigens to follicular dendritic cells to propagate germinal centre reactions. Despite the prominent roles that SSMs play during immune responses, little is known about their cell biology because they are technically challenging to isolate and study in vitro . Here, we used multi-colour fluorescence microscopy to identify lymph nodederived SSMs in culture. We focused on the role of SSMs as antigen-presenting cells and found that their actin cytoskeleton regulates the spatial organisation and mobility of immune complexes displayed on the cell surface. Moreover, we determined that SSMs are mechanosensitive cells that respond to changes in extracellular matrix (ECM) rigidity by altering the architecture of the actin cytoskeleton, leading to changes in cell morphology, membrane topography, and immune complex mobility. Our results reveal a new mechanism regulating physical aspects of antigen presentation by antigen-presenting cells, which may have implications for B cell activation and antibody responses.

Abstract Migration of T cells is essential for their ability to mount immune responses. Chemokine-induced T cell migration requires WNK1, a kinase that regulates ion influx into the cell. However, it is not known why ion entry is necessary for T cell movement. Here we show that signaling from the chemokine receptor CCR7 leads to activation of WNK1 and its downstream pathway at the leading edge of migrating CD4 + T cells, resulting in ion influx and water entry by osmosis. We propose that WNK1-induced water entry is required to swell the membrane at the leading edge, generating space into which actin filaments can polymerize, thereby facilitating forward movement of the cell. Given the broad expression of WNK1 pathway proteins, our study suggests that ion and water influx are likely to be essential for migration in many cell types, including leukocytes and metastatic tumor cells. One Sentence Summary Chemokine-induced migration of T cells requires water entry at the leading edge to facilitate actin polymerization.

Abstract WNK1, a kinase that controls kidney salt homeostasis, also regulates adhesion and migration in CD4 + T cells. Wnk1 is highly expressed in thymocytes, and since migration is important for thymocyte maturation, we investigated a role for WNK1 in thymocyte development. We find that WNK1 is required for the transition of double negative (DN) thymocytes through the β-selection checkpoint and subsequent proliferation and differentiation into double positive (DP) thymocytes. Furthermore, we show that WNK1 negatively regulates LFA1-mediated adhesion and positively regulates CXCL12-induced migration in DN thymocytes. Despite this, migration defects of WNK1-deficient thymocytes do not account for the developmental arrest. Instead, we show that in DN thymocytes WNK1 transduces pre-TCR signals via OXSR1 and STK39 kinases and the SLC12A2 ion co-transporter that are required for post-transcriptional upregulation of MYC and subsequent proliferation and differentiation into DP thymocytes. Thus, a pathway regulating ion homeostasis is a critical regulator of thymocyte development.