Abstract Tetraploidy caused by whole-genome duplication is a hallmark of cancer cells, and tetraploidy-selective cell growth suppression is a potential strategy for targeted cancer therapy. However, how tetraploid cells differ from normal diploids in their sensitivity to anti-proliferative treatments remains largely unknown. In this study, we found that tetraploid cells are significantly more susceptible to inhibitors of a mitotic kinesin CENP-E than diploids. CENP-E inhibitor preferentially diminished the tetraploid cell population in diploid-tetraploid co-culture at optimum conditions. Live imaging revealed that tetraploidy-linked increase in unsolvable polar chromosome misalignment caused substantially longer mitotic delay in tetraploids than in diploids upon moderate CENP-E inhibition. This time gap of mitotic arrest resulted in cohesion fatigue and subsequent cell death, specifically in tetraploids, leading to tetraploidy-selective cell growth suppression. In contrast, the microtubule-stabilizing compound paclitaxel caused tetraploidy-selective growth suppression through the aggravation of spindle multipolarization. We also found that CENP-E inhibitor had superior generality to paclitaxel in its tetraploidy selectivity across a broader spectrum of cell lines. Our results highlight the unique properties of CENP-E inhibitors in tetraploidy-selective suppression, giving us clues on the further development of tetraploidy-targeting interventions in cancer.

Cell division in many eukaryotes is driven by a ring containing actin and myosin. While much is known about the main proteins involved, the precise arrangement of actin filaments within the contractile machinery, and how force is transmitted to the membrane remains unclear. Here we use cryosectioning and cryo-focused ion beam milling to gain access to cryo-preserved actomyosin rings in Schizosaccharomyces pombe for direct three-dimensional imaging by electron cryotomography. Our results show that straight, overlapping actin filaments, running nearly parallel to each other and to the membrane, form a loose bundle of approximately 150 nm in diameter that "saddles" the inward-bending membrane at the leading edge of the division septum. The filaments do not make direct contact with the membrane. Our analysis of the actin filaments reveals the variability in filament number, nearest-neighbor distances between filaments within the bundle, their distance from the membrane and angular distribution with respect to the membrane.

Cyclin-dependent-kinases (CDKs) are essential for cell cycle progression. While dependence of CDK activity on Cyclin levels is established, molecular mechanisms that regulate their binding are less studied. Here, we show that CDK1:Cyclin-B interactions are regulated by acetylation, which was hitherto unknown. We demonstrate that cell cycle dependent acetylation of the evolutionarily conserved catalytic lysine in CDK1 or eliminating its charge state abrogates Cyclin-B binding. Opposing activities of SIRT1 and P300 regulate acetylation, which marks a reserved pool of CDK1. Our high resolution structural analyses into the formation of kinase competent CDK1:Cyclin-B complex have unveiled long-range effects of catalytic lysine in configuring the CDK1 interface for Cyclin-B binding. Cells expressing acetylation mimic mutant of Cdc2 in yeast are arrested in G2 and fail to divide. Thus, by illustrating cell cycle dependent deacetylation as a determinant of CDK1:Cyclin-B interaction, our results redefine the current model of CDK1 activation and cell cycle progression.

Cytokinesis in most eukaryotic cells is orchestrated by a contractile actomyosin ring. While many of the proteins involved are known, the mechanism of constriction remains unclear. Informed by existing literature and new 3D molecular details from electron cryotomography, here we develop 3D coarse-grained models of actin filaments, unipolar and bipolar myosins, actin crosslinkers, and membranes and simulate their interactions. Exploring a matrix of possible actomyosin configurations suggested that node-based architectures like those presently described for ring assembly result in membrane puckers not seen in EM images of real cells. Instead, the model that best matches data from fluorescence microscopy, electron cryotomography, and biochemical experiments is one in which actin filaments transmit force to the membrane through evenly-distributed, membrane-attached, unipolar myosins, with bipolar myosins in the ring driving contraction. While at this point this model is only favored (not proven), the work highlights the power of coarse-grained biophysical simulations to compare complex mechanistic hypotheses.

Abstract The mechanism that mediates the interaction between the contractile ring and the plasma membrane during cytokinesis remains elusive. We previously found that ERM (Ezrin/Radixin/Moesin) proteins, which usually mediate cellular pole contraction, become over-accumulated at the cell equator and support furrow ingression upon the loss of other actin-membrane associated proteins, anillin and supervillin. In this study, we addressed the molecular basis of the semi-compatibility between ezrin and other actin-membrane associated proteins in mediating cortical contraction during cytokinesis. We found that depletion of supervillin and anillin caused over-accumulation of the membrane-associated FERM domain and actin-binding C-terminal domain (C-term) of ezrin at the cleavage furrow, respectively. This finding suggests that ezrin differentially shares its binding sites with these proteins on the actin cytoskeleton or inner membrane surface. Using chimeric mutants, we found that ezrin C-term, but not the FERM domain, can substitute for the corresponding anillin domains in cytokinesis and cell proliferation. On the other hand, either the membrane-associated or the actin/myosin-binding domains of anillin could not substitute for the corresponding ezrin domains in controlling cortical blebbing at the cell poles. Our results highlight specific designs of actin- or membrane-associated moieties of different actin-membrane associated proteins with limited compatibility, which enables them to support diverse cortical activities on the shared actin-membrane interface during cytokinesis.

This article presents the modulation instability of an ultra-narrow Gaussian beam in nonlocal nonlinear media with second- and fourth-order diffractions. It is found that fourth-order diffraction suppresses the growth rate of the modulation instability.

The article presents the impact of third-order diffraction (TD) on beam dynamics in nonlocal nonlinear media. TD induces a shift in the beam center that could be promising in all-optical-device fabrication, particularly switching devices.

The article explores the possibility of both subluminal and superluminal propagation in the same system. We find that the strength of the single coupling field and its detuning are like knobs to control propagation speed.