The nucleus makes the rules Single cells continuously experience and react to mechanical challenges in three-dimensional tissues. Spatial constraints in dense tissues, physical activity, and injury all impose changes in cell shape. How cells can measure shape deformations to ensure correct tissue development and homeostasis remains largely unknown (see the Perspective by Shen and Niethammer). Working independently, Venturini et al. and Lomakin et al. now show that the nucleus can act as an intracellular ruler to measure cellular shape variations. The nuclear envelope provides a gauge of cell deformation and activates a mechanotransduction pathway that controls actomyosin contractility and migration plasticity. The cell nucleus thereby allows cells to adapt their behavior to the local tissue microenvironment. Science , this issue p. eaba2644 , p. eaba2894 ; see also p. 295

Cells sense and respond to mechanical forces through mechanotransduction, which regulates processes in health and disease. In single adhesive cells, mechanotransduction involves the transmission of force from the extracellular matrix to the cell nucleus, where it affects nucleocytoplasmic transport (NCT) and the subsequent nuclear localization of transcriptional regulators such as YAP. However, if and how NCT is mechanosensitive in multicellular systems is unclear. Here, we characterize and use a fluorescent sensor of nucleocytoplasmic transport (Sencyt) and demonstrate that nucleocytoplasmic transport responds to mechanics but not cell density in cell monolayers. Using monolayers of both epithelial and mesenchymal phenotype, we show that NCT is altered in response both to osmotic shocks, and to the inhibition of cell contractility. Further, NCT correlates with the degree of nuclear deformation measured through nuclear solidity, a shape parameter related to nuclear envelope tension. In contrast, YAP but NCT is sensitive to cell density, showing that YAP response to cell-cell contacts is not via a mere mechanical effect of NCT. Our results demonstrate the generality of the mechanical regulation of NCT.

The microscopic environment inside a metazoan organism is highly crowded. Whether individual cells can tailor their behavior to the limited space remains unclear. Here, we found that cells measure the degree of spatial confinement using their largest and stiffest organelle, the nucleus. Cell confinement below a resting nucleus size deforms the nucleus, which expands and stretches its envelope. This activates signaling to the actomyosin cortex via nuclear envelope stretch-sensitive proteins, upregulating cell contractility. We established that the tailored contractile response constitutes a nuclear ruler-based signaling pathway involved in migratory cell behaviors. Cells rely on the nuclear ruler to modulate the motive force enabling their passage through restrictive pores in complex three-dimensional (3D) environments, a process relevant to cancer cell invasion, immune responses and embryonic development.

Abstract Cells sense and respond to mechanical forces through mechanotransduction, which regulates processes in health and disease. In single cells, mechanotransduction involves the transmission of force to the cell nucleus, where it affects nucleocytoplasmic transport (NCT) and the subsequent nuclear localization of transcriptional regulators such as YAP. However, if and how NCT is mechanosensitive in multicellular systems is unclear. Here, we characterize and use a fluorescent sensor of nucleocytoplasmic transport (Sencyt) and demonstrate that nucleocytoplasmic transport responds to mechanics but not cell density in cell monolayers. Using monolayers of both epithelial and mesenchymal phenotype, we show that NCT is altered in response both to osmotic shocks, and to the inhibition of cell contractility. Further, NCT correlates with the degree of nuclear deformation measured through nuclear solidity, a shape parameter related to nuclear envelope tension. In contrast and in opposition to YAP, NCT is not affected by cell density, showing that the response of YAP to both mechanics and cell-cell contacts operates through distinct mechanisms. Our results demonstrate the generality of the mechanical regulation of NCT.