Background: Exit from mitosis requires inactivation of mitotic cyclin-dependent kinases (CDKs). A key mechanism of CDK inactivation is ubiquitin-mediated cyclin proteolysis, which is triggered by the late mitotic activation of a ubiquitin ligase known as the anaphase-promoting complex (APC). Activation of the APC requires its association with substoichiometric activating subunits termed Cdc20 and Hct1 (also known as Cdh1). Here, we explore the molecular function and regulation of the APC regulatory subunit Hct1 in Saccharomyces cerevisiae.Results: Recombinant Hct1 activated the cyclin–ubiquitin ligase activity of APC isolated from multiple cell cycle stages. APC isolated from cells arrested in G1, or in late mitosis due to the cdc14-1 mutation, was more responsive to Hct1 than APC isolated from other stages. We found that Hct1 was phosphorylated in vivo at multiple CDK consensus sites during cell cycle stages when activity of the cyclin-dependent kinase Cdc28 is high and APC activity is low. Purified Hct1 was phosphorylated in vitro at these sites by purified Cdc28–cyclin complexes, and phosphorylation abolished the ability of Hct1 to activate the APC in vitro. The phosphatase Cdc14, which is known to be required for APC activation in vivo, was able to reverse the effects of Cdc28 by catalyzing Hct1 dephosphorylation and activation.Conclusions: We conclude that Hct1 phosphorylation is a key regulatory mechanism in the control of cyclin destruction. Phosphorylation of Hct1 provides a mechanism by which Cdc28 blocks its own inactivation during S phase and early mitosis. Following anaphase, dephosphorylation of Hct1 by Cdc14 may help initiate cyclin destruction.

DNA double-strand breaks (DSBs) are among the most deleterious forms of DNA lesions in cells. Here we induced site-specific DSBs in yeast cells and monitored chromatin dynamics surrounding the DSB using Chromosome Conformation Capture (3C). We find that formation of a DSB within G1 cells is not sufficient to alter chromosome dynamics. However, DSBs formed within an asynchronous cell population result in large decreases in both intra- and interchromosomal interactions. Using live cell microscopy, we find that changes in chromosome dynamics correlate with relocalization of the DSB to the nuclear periphery. Sequestration to the periphery requires the nuclear envelope protein, Mps3p, and Mps3p-dependent tethering delays recombinational repair of a DSB and enhances gross chromosomal rearrangements. Furthermore, we show that components of the telomerase machinery are recruited to a DSB and that telomerase recruitment is required for its peripheral localization. Based on these findings, we propose that sequestration of unrepaired or slowly repaired DSBs to the nuclear periphery reflects a competition between alternative repair pathways.

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.

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 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 The H2A.Z histone variant is deposited into chromatin by the SWR1 complex affecting multiple aspects of meiosis. Here we describe a SWR1-independent localization of H2A.Z at meiotic telomeres and the centrosome. We demonstrate that H2A.Z colocalizes and interacts with Mps3, the SUN component of the LINC complex that spans the nuclear envelope and links meiotic telomeres to the cytoskeleton promoting meiotic chromosome movement. H2A.Z also interacts with the meiosis-specific Ndj1 protein that anchors telomeres to the nuclear periphery via Mps3. Telomeric localization of H2A.Z depends on Ndj1 and the N-terminal domain of Mps3. Although telomeric attachment to the nuclear envelope is maintained in the absence of H2A.Z, the distribution of Mps3 is altered. The velocity of chromosome movement during meiotic prophase I is reduced in the htz1Δ mutant lacking H2A.Z, but it is unaffected in swr1Δ cells. We reveal that H2A.Z is an additional LINC-associated factor that contributes to promote telomere-driven chromosome motion critical for error-free gametogenesis.

ABSTRACT Asymmetric astral microtubule organization drives the polarized orientation of the S. cerevisiae mitotic spindle and primes the invariant inheritance of the old spindle pole body (SPB, the yeast centrosome) by the bud. This model has anticipated analogous centrosome asymmetries featuring in self-renewing stem cell divisions. We previously implicated Spc72, the cytoplasmic receptor for the gamma-tubulin nucleation complex, as the most upstream determinant linking SPB age, functional asymmetry and fate. Here we used structured illumination microscopy and biochemical analysis to explore the asymmetric landscape of nucleation sites inherently built into the spindle pathway and under the control of cyclin-dependent kinase (CDK). We show that CDK enforces Spc72 asymmetric docking by phosphorylating Nud1/centriolin. Furthermore, CDK-imposed order in the construction of the new SPB promotes the correct balance of nucleation sites between the nuclear and cytoplasmic faces of the SPB. Together these contributions by CDK inherently link correct SPB morphogenesis, age and fate.

Abstract Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Ploidy is typically a stable cellular feature that is critical for survival. Polyploidization is a route recognized to increase gene dosage, improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity. However, the mechanism of regulation and maintenance of ploidy is not well characterized. Here, we examine the spontaneous diploidization associated with mutations in components of the Saccharomyces cerevisiae centrosome, known as the spindle pole body (SPB). Although SPB mutants are associated with defects in spindle formation, we show that two copies of the mutant in a haploid yeast favors diploidization in some cases, leading us to speculate that the increased gene dosage in diploids ‘rescues’ SPB duplication defects, allowing cells to successfully propagate with a stable diploid karyotype. This copy number-based rescue is linked to SPB scaling: certain SPB subcomplexes do not scale or only minimally scale with ploidy. We hypothesize that acquisition of lesions in structures with incompatible allometries such as the centrosome may drive changes such as whole genome duplication, which have shaped the evolutionary landscape of many eukaryotes. Author Summary Ploidy is the number of whole sets of chromosomes in a species. Most eukaryotes alternate between a diploid (two copy) and haploid (one copy) state during their life and sexual cycle. However, as part of normal human development, specific tissues increase their DNA content. This gain of entire sets of chromosomes is known as polyploidization, and it is observed in invertebrates, plants and fungi, as well. Polyploidy is thought to improve fitness under stressful conditions and promote evolutionary diversity, but how ploidy is determined is poorly understood. Here, we use budding yeast to investigate mechanisms underlying the ploidy of wild-type cells and specific mutants that affect the centrosome, a conserved structure involved in chromosome segregation during cell division. Our work suggests that different scaling relationships (allometry) between the genome and cellular structures underlies alterations in ploidy. Furthermore, mutations in cellular structures with incompatible allometric relationships with the genome may drive genomic changes such duplications, which are underly the evolution of many species including both yeasts and humans.

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.

Inner nuclear membrane (INM) protein composition regulates nuclear function, affecting processes such as gene expression, chromosome organization, nuclear shape and stability. Mechanisms that drive changes in the INM proteome are poorly understood in part because it is difficult to definitively assay INM composition rigorously and systematically. Using a split-GFP complementation system to detect INM access, we examined the distribution of all C-terminally tagged Saccharomyces cerevisiae membrane proteins in wild-type cells and in mutants affecting protein quality control pathways, such as INM-associated degradation (INMAD), ER-associated degradation (ERAD) and vacuolar proteolysis. Deletion of the E3 ligase Asi1 had the most pronounced effect on the INM compared to mutants in vacuolar or ER-associated degradation pathways, consistent with a role for Asi1 in the INMAD pathway. Our data suggests that Asi1 not only removes mis-targeted proteins at the INM, but it also controls the levels and distribution of native INM components, such as the membrane nucleoporin Pom33. Interestingly, loss of Asi1 does not affect Pom33 protein levels but instead alters Pom33 distribution in the NE through Pom33 ubiquitination, which drives INM redistribution. Taken together, our data demonstrate that the Asi1 E3 ligase has a novel function in INM protein regulation in addition to protein turnover.