We present an integrated model of hERα-mediated transcription where both unliganded and liganded receptors cycle on estrogen-responsive promoters. Using ChIP, FRAP, and biochemical analysis we evaluate hERα at several points in these cycles, establishing the ubiquitination status and subnuclear distribution of hERα, its mobility, the kinetics of transcriptional activation, and the cyclic recruitment of E3 ligases and the 19S regulatory component of the proteasome. These experiments, together with an evaluation of the inhibition of transcription and proteasome action, demonstrate that proteasome-mediated degradation and hERα-mediated transactivation are inherently linked and act to continuously turn over hERα on responsive promoters. Cyclic turnover of hERα permits continuous responses to changes in the concentration of estradiol. We present an integrated model of hERα-mediated transcription where both unliganded and liganded receptors cycle on estrogen-responsive promoters. Using ChIP, FRAP, and biochemical analysis we evaluate hERα at several points in these cycles, establishing the ubiquitination status and subnuclear distribution of hERα, its mobility, the kinetics of transcriptional activation, and the cyclic recruitment of E3 ligases and the 19S regulatory component of the proteasome. These experiments, together with an evaluation of the inhibition of transcription and proteasome action, demonstrate that proteasome-mediated degradation and hERα-mediated transactivation are inherently linked and act to continuously turn over hERα on responsive promoters. Cyclic turnover of hERα permits continuous responses to changes in the concentration of estradiol.

The mechanism of nuclear envelope breakdown (NEBD) was investigated in live cells. Early spindle microtubules caused folds and invaginations in the NE up to one hour prior to NEBD, creating mechanical tension in the nuclear lamina. The first gap in the NE appeared before lamin B depolymerization, at the site of maximal tension, by a tearing mechanism. Gap formation relaxed this tension and dramatically accelerated the rate of chromosome condensation. The hole produced in the NE then rapidly expanded over the nuclear surface. NE fragments remaining on chromosomes were removed toward the centrosomes in a microtubule-dependent manner, suggesting a mechanism mediated by a minus-end-directed motor.

Cancer cells react to CD95 activation with either apoptotic or tumorigenic responses. Yet, the determinants of these two antithetic reactions are fundamentally not understood. Here, we show that pre-confined CD95L molecules activate apoptosis of cancer cells in-vitro. For particular CD95L pre-confinement, apoptosis activation is most efficient. Surprisingly, in tumor models, the same pre-confinement yields enhanced proliferation of cancer cells. This shift is rooted in cell-cell interactions, as proliferation was also observed in tumorspheres in-vitro. Indeed, proliferation required death-domain tyrosine phosphorylation of CD95 that was facilitated by cell- cell contacts, whereas decreasing the levels of global tyrosine kinase activity favored apoptosis. Altogether, the response to CD95 activation is cell context-dependent and tunable by CD95L pre-confinement, thereby opening therapeutic opportunities in cancer.

Green-to-red photoconvertible fluorescent proteins repeatedly enter dark states, causing interrupted tracks in single-particle-tracking localization microscopy (sptPALM). We identified a long-lived dark state in photoconverted mEos4b that results from isomerization of the chromophore and efficiently absorbs cyan light. Addition of weak 488-nm light swiftly reverts this dark state to the fluorescent state. This strategy largely eliminates slow blinking and enables the recording of significantly longer tracks in sptPALM with minimum effort.

Abstract Heparan sulfates are complex polysaccharides that mediate the interaction with a broad range of protein ligands at the cell surface. A key step in heparan sulfate biosynthesis is catalyzed by the bi-functional glycosyltransferases EXT1 and EXT2, which generate the glycan backbone consisting of repeating N -acetylglucosamine and glucuronic acid units. The molecular mechanism of heparan sulfate chain polymerization remains, however, unknown. Here, we present the cryo-electron microscopy structure of human EXT1-EXT2, which reveals the formation of a tightly packed hetero-dimeric complex harboring four glycosyltransferase domains with their catalytic sites facing in opposite directions. Along with in vitro activity assays using fluorescently labeled and chemically defined substrates, these findings provide a molecular insight into donor substrate recognition and demonstrate that the glycosyltransferase reactions are highly specific. A combination of in vitro and in cellulo mutational studies was used to dissect the functional role of the four catalytic sites. While EXT1 is able to catalyze both glycosyltransferase reactions, EXT2 harbors only N -acetylglucosamine transferase activity. Our results provide mechanistic insight into heparan sulfate chain elongation as a non processive process and lay the cornerstone for future studies on EXT1-EXT2 function in health and disease.

Natural killer (NK) cells eliminate infected and tumorigenic cells through delivery of granzymes via perforin pores or by activation of caspases via death receptors. In order to understand how NK cells combine different cell death mechanisms it is important to quantify target cell responses on a single cell level. However, currently existing reporters do not allow the measurement of several protease activities inside the same cell. Here we present a strategy for the comparison of two different proteases at a time inside individual target cells upon engagement by NK cells. We developed single-fluorescent protein reporters containing the RIEAD or the VGPD cleavage site for the measurement of granzyme B activity. We show that these two granzyme B reporters can be applied in combination with caspase-8 or caspase-3 reporters. While we did not find that caspase-8 was activated by granzyme B, our method revealed that caspase-3 activity follows granzyme B activity with a delay of about 6 minutes. Finally, we illustrate the comparison of several different reporters for granzyme A, M, K and H. The here presented approach is a valuable means for the investigation of the temporal evolution of cell death mediated by cytotoxic lymphocytes.

CD95 (Fas, APO-1, TNFRSF6) is a widely expressed single-pass transmembrane protein that is implicated in cell death, inflammatory response, proliferation and cell migration. CD95 ligand (CD95L, FasL, TNFSF6), is a potent apoptotic inducer in the membrane form but not when cleaved into soluble CD95L (sCD95L). Here, we aimed at understanding the relation between ligand-receptor multimerization and receptor activation by correlating the kinetics of ligand binding, receptor oligomerization, FADD (FAS-Associated via Death Domain) recruitment and caspase-8 activation inside living cells. Using single molecule localization microscopy and Förster resonance energy transfer imaging we show that the majority of CD95 receptors on the plasma membrane are monomeric at rest. This was confirmed functionally as the wild-type receptor is not blocked by a receptor mutant that cannot bind ligand. Moreover, using time-resolved fluorescence imaging approaches we demonstrated that receptor multimerization follows instantaneously ligand binding, whereas FADD recruitment is delayed. This process can explain the typical delay time seen with caspase-8 activity reporters. Finally, the low activity of sCD95L, which was caused by inefficient FADD recruitment, was not explained by the low avidity for the receptor but by a receptor clustering mechanism that was different from the one induced by the strong apoptosis inducer IZ-sCD95L. Our results reveal that receptor activation is modulated by the capacity of its ligand to trimerize it.