The ability to target and manipulate specific neuronal populations is crucial for understanding brain function. In this report, the authors describe a novel virus that restricts gene expression to telencephalic GABAergic interneurons, allowing for morphological visualization, activity monitoring and functional manipulation of interneurons in mice and in non-genetically tractable species. A fundamental impediment to understanding the brain is the availability of inexpensive and robust methods for targeting and manipulating specific neuronal populations. The need to overcome this barrier is pressing because there are considerable anatomical, physiological, cognitive and behavioral differences between mice and higher mammalian species in which it is difficult to specifically target and manipulate genetically defined functional cell types. In particular, it is unclear the degree to which insights from mouse models can shed light on the neural mechanisms that mediate cognitive functions in higher species, including humans. Here we describe a novel recombinant adeno-associated virus that restricts gene expression to GABAergic interneurons within the telencephalon. We demonstrate that the viral expression is specific and robust, allowing for morphological visualization, activity monitoring and functional manipulation of interneurons in both mice and non-genetically tractable species, thus opening the possibility to study GABAergic function in virtually any vertebrate species.

Abstract Cytokinesis by animals, fungi and amoebas depends on actomyosin contractile rings, which are stabilized by continuous turnover of actin filaments. Remarkably little is known about the amount of polymerized actin in contractile rings, so we used low concentration of GFP-Lifeact to count total polymerized actin molecules in the contractile rings of live fission yeast cells. Contractile rings of wild-type cells accumulated polymerized actin molecules at 4,900/min to a peak number of ∼198,000 followed by a loss of actin at 5,400/min throughout ring constriction. In adf1-M3 mutant cells with cofilin that severs actin filaments poorly, contractile rings accumulated polymerized actin at twice the normal rate and eventually had almost two-fold more actin along with a proportional increase in type II myosins Myo2, Myp2 and formin Cdc12. Although 30% of adf1-M3 mutant cells failed to constrict their rings fully, the rest lost actin from the rings at the wild-type rates. Mutations of type II myosins Myo2 and Myp2 reduced contractile ring actin filaments by half and slowed the rate of actin loss from the rings.

Abstract Pkd2 is the fission yeast homolog of polycystins. This putative ion channel localizes to the plasma membrane. It is required for the expansion of cell volume during interphase growth and cytokinesis, the last step of cell division. However, the channel activity of Pkd2 remains untested. Here, we examined the calcium permeability and mechanosensitivity of Pkd2 through in vitro reconstitution and calcium imaging of the pkd2 mutant cells. Pkd2 was translated and inserted into the lipid bilayer of giant unilamellar vesicles using a cell-free expression system. The reconstituted Pkd2 permeated calcium when the membrane was stretched via hypo-osmotic shock. In vivo, inactivation of Pkd2 through a temperature-sensitive mutation pkd2-B42 reduced the average intracellular calcium level by 34%. Compared to the wild type, the hypomorphic mutation pkd2-81KD reduced the amplitude of hypo-osmotic shock-triggered calcium spikes by 59%. During cytokinesis, mutations of pkd2 reduced by 60% the calcium spikes that accompany the cell separation and the ensuing membrane stretching. We concluded that fission yeast polycystin Pkd2 allows calcium influx when activated by membrane stretching, representing a likely mechanosensitive channel that contributes to the cytokinetic calcium spikes.

Cytokinesis, the last step in cell division, separates daughter cells through mechanical force. This is often through the force produced by an actomyosin contractile ring. In fission yeast cells, the ring helps recruit a mechanosensitive ion channel, Pkd2, to the cleavage furrow, whose activation by membrane tension promotes calcium influx and daughter cell separation. However, it is unclear how the activities of Pkd2 may affect the actomyosin ring. Here, through both microscopic and genetic analyses of a hypomorphic

Abstract Polycystins are conserved mechanosensitive channels whose mutations lead to the common human renal disorder ADPKD. Previously we discovered that the plasma membrane-localized fission yeast homologue Pkd2p is an essential protein required for cytokinesis, but the mechanism remains unclear. Here, we isolated a novel temperature-sensitive mutant pkd2-B42. Among its strong growth defects, the most unique was that many mutant cells often lost significant portion of their volume in just 5 minutes followed by a gradual recovery, a process that we termed Deflation. Unlike cell lysis, deflation did not result in the plasma membrane rupture and it occurred independently from the cell cycle progression. The tip extension of pkd2-B42 cells was 80% slower than the wild type and their turgor pressure was 50% lower. Both pkd2-B42 and the other mutant pkd2-81KD partially rescued the mutants of the yeast Hippo signaling pathway Septation Initiation Network, by preventing cell lysis, enhancing septum formation, and doubling the number of Sid2/Mob1 molecules at the spindle pole bodies. We conclude that Pkd2p promotes cell size expansion during interphase by regulating turgor pressure and antagonizes SIN during cytokinesis. Summary statement Mutations of polycystins lead to human genetic disorder ADPKD. We discovered that the fission yeast homologue Pkd2p promotes the cell expansion during interphase growth and antagonizes the Hippo pathway SIN during cytokinesis.

The role of calcium during cell division has long remained ambiguous. The intracellular calcium concentration of many animal embryos increases transiently during cytokinesis, leading to the long-standing proposal that calcium transients may trigger the contraction of actomyosin ring. However, it remains unknown whether these calcium transients can be found in cells beyond those large embryos and whether they have any role in cytokinesis. Here we addressed these questions in the unicellular model organism fission yeast by adopting GCaMP, a genetically encoded indicator, to determine its intracellular calcium level. With confocal microscopy, we captured both the calcium homeostasis and the calcium transients in live cells using this calcium reporter. We searched for the cytokinetic calcium transients using two independent approaches. Both analyses of the intracellular calcium in a population and time-lapse microscopy of dividing cell revealed two cytokinetic calcium spikes. The first initiated at the beginning of the cleavage furrow ingression and the second one at the end of the cell separation. The temporal regulation of these spikes bears a strong similarity to the two calcium waves discovered in the cytokinesis of fish embryos. These slow calcium spikes propagated intracellularly, not restricted to the cell division plane. Although depletion of these spikes did not prevent the contractile ring from contracting as predicted, it reduced the rate of contraction and led to lysis of many daughter cells. We conclude that the fission yeast cytokinetic calcium spikes promote the contractile ring closure and the integrity of separating cells, but they are not required for triggering the ring contraction. Our discovery suggests that transient increase of intracellular calcium may be a conserved regulatory mechanism of cytokinesis among eukaryotes.

Force plays a central role in separating daughter cells during cytokinesis, the last stage of cell division. However, the mechanism of force-sensing during cytokinesis remains unknown. Here we discovered that Pkd2p, a putative force-sensing TRP channel, localizes to the cleavage furrow during cytokinesis of the fission yeast, Schizosaccharomyces pombe . Pkd2p, whose human homologues are associated with Autosomal Polycystic Kidney Disease, is an essential protein whose localization depends on the contractile ring and the secretory pathway. We identified and characterized a novel pkd2 mutant pkd2-81KD . The pkd2 mutant cells show signs of osmotic stress, including temporary shrinking, paused turnover of the cytoskeletal structures and hyper-activated MAPK signaling. During cytokinesis, although the contractile ring constricts more rapidly in the pkd2 mutant than the wild-type cells (50% higher), the cell separation in the mutant is slower and often incomplete. These cytokinesis defects are also consistent with mis-regulated turgor pressure. Lastly, the pkd2 mutant exhibits strong genetic interactions with two mutants of the SIN pathway, a signaling cascade essential for cytokinesis. We propose that Pkd2p modulates osmotic homeostasis and is potentially a novel regulator of cytokinesis.Highlight summary for TOC Fission yeast TRP channel Pkd2p is the homologue of human polycystins. The pkd2 mutant exhibits defects in the contractile ring closure and cell separation during cytokinesis. This essential protein localizes to the cleavage furrow where it likely regulates osmotic homeostasis during cytokinesis.

Cytokinesis, the last step in cell division, separate daughter cells through the force produced by an actomyosin contractile ring assembled at the equatorial plane. In fission yeast cells, the ring helps recruit a mechanosensitive ion channel Pkd2 to the cleavage furrow, whose activation by membrane tension promotes calcium influx and daughter cell separation. However, it is unclear how the activities of Pkd2 may affect the actomyosin ring. Here, through both microscopic and genetic analyses of a hypomorphic mutant of the essential

Abstract Polycystins are a family of conserved ion channels, mutations of which lead to human genetic disorder Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease. The unicellular model organism fission yeast Schizosacchromyces pombe possesses single essential polycystin Pkd2 that localizes to the plasma membrane and is required for cell proliferation. Here, we carried out a functional analysis of Pkd2 based on its Alphafold predicted structure. It consisted of N-terminal lipid-binding (LBD), central transmembrane (TMD) and C-terminal cytoplasmic (CCD) domains. LBD assumes a unique immunoglobulin-fold, while TMD contains nine transmembrane helices. Both were essential. Although the mostly disordered CCD was not, its removal led to clustering of Pkd2 in eisosomes, a microdomain of the plasma membrane. Inhibiting eisosome assembly prevented the clustering but disrupting ER-PM contacts further increased it. Pkd2 shared similar structure with two other putative channels Trp663 and Trp1322, but their intracellular localization and function diverged from each other. Replacing LBD with that of Trp663 partially restored the function of Pkd2, but TMD could not be replaced by either that of Trp663 or human polycystins. We concluded that both the plasma membrane microdomains and cytoplasmic tail of Pkd2 regulate the cell surface clustering of this putative ion channel.