Nuclear mitotic apparatus protein (NuMA) is indispensable for the mitotic functions of the major microtubule minus-end directed motor cytoplasmic dynein 1. NuMA and dynein are both essential for correct spindle pole organization. How these proteins cooperate to gather microtubule minus ends at spindle poles remains unclear. Here we use microscopy-based in vitro reconstitutions to demonstrate that NuMA is a dynein adaptor, activating processive dynein motility together with dynein's cofactors dynactin and Lissencephaly-1 (Lis1). Additionally, we find that NuMA binds and stabilizes microtubule minus ends, allowing dynein/dynactin/NuMA to transport microtubule minus ends as cargo to other minus ends. We further show that the microtubule-nucleating γ-tubulin ring complex (γTuRC) hinders NuMA binding. This shows that either γTuRC needs to be released or microtubules need to be severed to generate free minus ends before they can be incorporated into spindle poles by dynein/dynactin/NuMA. These results provide new mechanistic insight into how dynein, dynactin, NuMA and Lis1 cooperate to organize spindle poles in cells.

Abstract Non-muscle myosin 2A (NM2A) is a key cytoskeletal enzyme that along with actin assembles into actomyosin filaments inside cells. NM2A is fundamental in cellular processes requiring force generation such as cell adhesion, motility and cell division, and plays important functions in different stages of development and during the progression of viral and bacterial infections. We previously identified a novel tyrosine phosphorylation on residue 158 (pTyr 158 ) in the motor domain of NM2A. This phosphorylation is dependent on Src kinase and is promoted by Listeria monocytogenes infection of epithelial cells, however its role is unknown. Here we show that Listeriolysin O (LLO), the pore-forming toxin (PFT) secreted by L. monocytogenes , is sufficient to trigger NM2A pTyr 158 by activating Src, an upstream regulator of actomyosin remodeling. We further address the role of NM2A pTyr 158 on the organization and dynamics of the actomyosin cytoskeleton and find that, by controlling the activation of the NM2A, the status of the pTyr 158 alters cytoskeletal organization, dynamics of focal adhesions and cell motility. In vitro , we observe that non-phosphorylatable and phospho-mimetic versions of NM2A at Tyr 158 display motor and ATPase activities similar to the wild-type NM2A, which indicates that the phenotype of these mutants in cells is independent of their ability to translocate actin filaments. Importantly, we find the regulation of this phosphorylation site to be of physiological relevance in Caenorhabditis elegans , in particular in response to intoxication by a PFT and to heat shock. We conclude that the control of the phosphorylation status at NM2A Tyr 158 is a conserved trait that contributes to the regulation of actomyosin dynamics and the ability of cells to respond to bacterial infection. We propose Src-dependent NM2A pTyr 158 as a novel layer of regulation of the actomyosin cytoskeleton.

ABSTRACT During mitosis, a functional spindle requires high microtubule turnover. Such turnover is highlighted by the multiple functions of spindle poles, where microtubule minus ends are concentrated, and where microtubule nucleation and depolymerization happen side by side. How these seemingly antagonistic processes are coordinated during poleward microtubule flux is not understood. Here we reconstitute this coordination in vitro combining different pole localized activities. We find that the spindle pole-localized kinesin-13 KIF2A is a microtubule minus-end depolymerase, in contrast to its paralog MCAK. Due to its asymmetric activity, KIF2A still allows microtubule nucleation by plus-end growth from the γ-tubulin ring complex (γTuRC), which in turn serves as a protective cap that shields the minus end against KIF2A binding. Efficient γTuRC-uncapping requires the combined action of KIF2A and a microtubule severing enzyme, then leading to treadmilling of the uncapped microtubule driven by KIF2A. Together these results provide insight into the molecular mechanisms by which a minimal protein module coordinates microtubule nucleation and depolymerization at spindle poles consistent with their role in poleward microtubule flux.