Karyotypes, composed of chromosomes, must be accurately partitioned by the mitotic spindle for optimal cell health. However, it is unknown how underlying characteristics of karyotypes, such as chromosome number and size, govern the scaling of the mitotic spindle to ensure accurate chromosome segregation and cell proliferation. We utilize budding yeast strains engineered with fewer chromosomes, including just two "mega chromosomes," to study how spindle size and function are responsive to, and scaled by, karyotype. We determined that deletion and overexpression of spindle-related genes are detrimental to the growth of strains with two chromosomes, suggesting that mega chromosomes exert altered demands on the spindle. Using confocal microscopy, we demonstrate that cells with fewer but longer chromosomes have smaller spindle pole bodies, fewer microtubules, and longer spindles. Moreover, using electron tomography and confocal imaging, we observe elongated, bent anaphase spindles with fewer core microtubules in strains with mega chromosomes. Cells harboring mega chromosomes grow more slowly, are delayed in mitosis, and a subset struggle to complete chromosome segregation. We propose that the karyotype of the cell dictates the microtubule number, type, spindle pole body size, and spindle length, subsequently influencing the dynamics of mitosis, such as the rate of spindle elongation and the velocity of pole separation. Taken together, our results suggest that mitotic spindles are highly plastic ultrastructures that can accommodate and adjust to a variety of karyotypes, even within a species.

The number, distribution and composition of nuclear pore complexes (NPCs) in the nuclear envelope (NE) varies between cell types and changes during cellular differentiation and in disease. To understand how NPC density and organization is controlled, we analyzed NPC number and distribution in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe using structured illumination microscopy. The small size of yeast nuclei, genetic features of fungi and our robust image analysis pipeline allowed us to study NPCs in intact nuclei under multiple conditions. Our data revealed that NPC density is maintained across a wide range of nuclear sizes. Regions of reduced NPC density are observed over the nucleolus and surrounding the spindle pole body (SPB). Lem2-mediated tethering of the centromeres to the SPB is required to maintain NPC exclusion, which is important for timely mitotic progression. These findings provide a quantitative understanding of NPC number and distribution in S. pombe and show that interactions between the centromere and the NE influences local NPC distribution.

The nuclear envelope (NE) contains a specialized set of integral membrane proteins that maintain nuclear shape and integrity and influence chromatin organization and gene expression. Advances in proteomics techniques and studies in model organisms have identified hundreds of proteins that localize to the NE. However, the function of many of these proteins at the NE remains unclear, in part due to a lack of understanding of the interactions that these proteins participate in at the NE membrane. To assist in the characterization of NE transmembrane protein interactions we developed an arrayed library of integral and peripheral membrane proteins in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe for high-throughput screening using the split-ubiquitin based membrane yeast two hybrid sys-tem. We used this approach to characterize protein interactions for three conserved proteins that localize to the inner nu-clear membrane: Cut11/Ndc1, Lem2, and Ima1/Samp1/NET5. Additionally, we determined how the interaction network for Cut11 is altered in canonical temperature-sensitive cut11 mutants. This library and screening approach is readily applicable to characterizing the interactomes of integral membrane proteins localizing to various subcellular compartments.

ABSTRACT Nuclear pore complexes (NPCs) are large proteinaceous assemblies that mediate nuclear compartmentalization. NPCs undergo largescale structural rearrangements during mitosis in metazoans and some fungi. However, our understanding of NPC remodeling beyond mitosis remains limited. Using time-lapse fluorescence microscopy, we discovered that NPCs undergo two mechanistically-separable remodeling events during budding yeast meiosis whereby parts or all of the nuclear basket transiently dissociate from the NPC core during meiosis I and II, respectively. Meiosis I detachment, observed for Nup60 and Nup2, is driven by Polo kinase-mediated phosphorylation of Nup60 at its interface with the Y-complex. Subsequent reattachment of Nup60-Nup2 to the NPC core is mediated by a lipid-binding amphipathic helix in Nup60. Preventing Nup60-Nup2 reattachment causes misorganization of the entire nuclear basket in gametes. Strikingly, meiotic nuclear basket remodeling also occurs in the distantly related fission yeast, Schizosaccharomyces pombe . Our study reveals a conserved and developmentally programmed aspect of NPC plasticity, providing key mechanistic insights into nuclear basket organization. SUMMARY King and Wettstein et al. reveal that nuclear pore complexes undergo two distinct remodeling events during budding yeast meiosis: partial and full nuclear basket detachment. By dissecting the regulation of these events, the study provides mechanistic insights into NPC organization.

Nuclear Pore Complexes (NPCs) mediate the nucleocytoplasmic transport of macromolecules. Here we provide a structure of the yeast NPC in which the inner ring is resolved by cryo-EM at - helical resolution to show how flexible connectors tie together different structural and functional layers in the spoke. These connectors are targets for phosphorylation and regulated disassembly in cells with an open mitosis. Moreover, some nucleoporin pairs and karyopherins have similar interaction motifs, which suggests an evolutionary and mechanistic link between assembly and transport. We also provide evidence for three major NPC variants that foreshadow functional specializations at the nuclear periphery. Cryo-electron tomography extended these studies to provide a comprehensive model of the in situ NPC with a radially-expanded inner ring. Our model reveals novel features of the central transporter and nuclear basket, suggests a role for the lumenal ring in restricting dilation and highlights the structural plasticity required for transport by the NPC.