Summary Biomolecular condensates are membraneless structures formed through phase separation. Recent studies have demonstrated that the material properties of biomolecular condensates are crucial for their biological functions and pathogenicity. However, the phase maintenance of biomolecular condensates in cells remains elusive. Here, we show that sodium ion (Na + ) influx regulates the condensate liquidity under hyperosmotic stress. The fluidity of ASK3 condensates increases at the high intracellular Na + concentration derived from extracellular hyperosmotic solution. Moreover, we identified TRPM4 as a cation channel that allows Na + influx under hyperosmotic stress. TRPM4 inhibition causes the liquid-to-solid phase transition of ASK3 condensates, leading to impairment of the ASK3 osmoresponse. In addition to ASK3 condensates, intracellular Na + widely regulates the condensate liquidity and aggregate formation of biomolecules, including DCP1A, TAZ and polyQ-protein, under hyperosmotic stress. Our findings demonstrate that changes in Na + contribute to the cellular stress response via liquidity maintenance of biomolecular condensates.

Maintenance of cell volume against osmotic change is crucial for proper cell functions, such as cell proliferation and migration. The leucine-rich repeat-containing 8 (LRRC8) proteins are anion selective channels, and were recently identified as pore components of the volume-regulated anion channels (VRACs), which extrude anions to decrease the cell volume upon cell-swelling. Here, we present the human LRRC8A structure, determined by a single-particle cryo-electron microscopy analysis. The sea anemone-like structure represents a trimer of dimers assembly, rather than a symmetrical hexameric assembly. The four-spanning transmembrane region has a gap junction channel-like membrane topology, while the LRR region containing 15 leucine-rich repeats forms a long twisted arc. The channel pore is along the central axis and constricted on the extracellular side, where the highly conserved polar and charged residues at the tip of the extracellular helix contribute to the anion and other osmolyte permeability. Comparing the two structural populations facilitated the identification of both compact and relaxed conformations, suggesting that the LRR region is flexible and mobile with rigid-body motions, which might be implicated in structural transitions upon pore opening. Overall, our structure provides a framework for understanding the molecular mechanisms of this unique class of ion channels.

Cells are under threat of osmotic perturbation; and cell volume maintenance is critical in cerebral edema, inflammation and aging, in which prominent changes in intracellular or extracellular osmolality emerge. After osmotic stress-enforced cell swelling or shrinkage, the cells regulate intracellular osmolality to recover their volume. However, the mechanisms recognizing osmotic stress remain obscured. We previously clarified that apoptosis signal-regulating kinase 3 (ASK3) bidirectionally responds to osmotic stress and regulates cell volume recovery. Here, we report that macromolecular crowding induces liquid-demixing condensates of ASK3 under hyperosmotic stress, which transduce osmosensing signal into ASK3 inactivation. A genome-wide small interfering RNA (siRNA) screen identified an ASK3 inactivation regulator, nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), related to poly(ADP-ribose) signaling. Furthermore, we clarify that poly(ADP-ribose) keeps ASK3 condensates in the liquid phase and enables ASK3 to become inactivated under hyperosmotic stress. Our findings demonstrate that cells rationally incorporate physicochemical phase separation into their osmosensing systems.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Summary The proteasome has an essential role in proteostasis maintenance and is critical for cell survival under proteotoxic conditions including hyperosmotic stress. However, it is unknown how proteasome activity is linked to cell survival/death under hyperosmotic stress. We have previously reported that apoptosis signal-regulating kinase 3 (ASK3) contributes to cell survival through its inactivation under hyperosmotic stress. 19S regulatory particle subunits of the proteasome were enriched in the ASK3 inactivator candidates identified through our genome-wide small interfering RNA (siRNA) screen. In this study, we demonstrate that the proteasome regulates ASK3 inactivation through its proteolytic activity. Intriguingly, the proteasome inactivates ASK3 via degradation of not ASK3 per se but another ASK family member ASK1 which activates ASK3 in a kinase activity-dependent manner. Furthermore, the elevated ASK1 level under proteasome inhibition sensitizes cells to hyperosmotic stress. These findings suggest that ASK family maintenance links proteasome capacity to cell fate bifurcation under hyperosmotic stress.