The C-terminal domain (CTD) of RNA polymerase II (RNAPII) is an essential component of transcriptional regulation and RNA processing of protein-coding genes. A large body of data also implicates the CTD in the transcription and processing of RNAPII-mediated small nuclear RNAs (snRNAs). However, the identity of the complex (or complexes) that associates with the CTD and mediates the processing of snRNAs has remained elusive. Here, we describe an RNA polymerase II complex that contains at least 12 novel subunits, termed the Integrator, in addition to core RNAPII subunits. Two of the Integrator subunits display similarities to the subunits of the cleavage and polyadenylation specificity factor (CPSF) complex. We show that Integrator is recruited to the U1 and U2 snRNA genes and mediates the snRNAs’ 3′ end processing. The Integrator complex is evolutionarily conserved in metazoans and directly interacts with the C-terminal domain of the RNA polymerase II largest subunit.

Recent genetic and biochemical studies have revealed the existence in plants of a fourth RNA polymerase, RNAPIV, which mediates siRNA accumulation and DNA methylation-dependent silencing of endogenous repeated sequences. Here, we show that Arabidopsis expresses, in fact, two evolutionarily related forms of RNAPIV, hereafter referred to as RNAPIVa and RNAPIVb. These two forms contain the same second-largest subunit (NRPD2), but differ at least by their largest subunit, termed NRPD1a and NRPD1b. Unlike NRPD1a, NRPD1b possesses a reiterated CTD, a feature that also characterizes the largest subunit of RNAPII. Our data indicate that RNAPIVb is the most abundant form of RNAPIV in Arabidopsis . Selective disruption of either form of RNAPIV indicates that RNAPIVa-dependent siRNA accumulation is not sufficient per se to drive robust silencing at endogenous loci and that high levels of DNA methylation and silencing depend on siRNA that are accumulated through a pathway involving the concerted action of both RNAPIV forms. Taken together, our results imply the existence of a novel two-step mechanism in siRNA synthesis at highly methylated loci, with RNAPIVb being an essential component of a self-reinforcing loop coupling de novo DNA methylation to siRNA production.

Two forms of RNA Polymerase IV (PolIVa/PolIVb) have been implicated in RNA-directed DNA methylation (RdDM) in Arabidopsis . Prevailing models imply a distinct function for PolIVb by association of Argonaute4 (AGO4) with the C-terminal domain (CTD) of its largest subunit NRPD1b. Here we show that the extended CTD of NRPD1b-type proteins exhibits conserved Argonaute-binding capacity through a WG/GW-rich region that functionally distinguishes Pol IVb from Pol IVa, and that is essential for RdDM. Site-specific mutagenesis and domain-swapping experiments between AtNRPD1b and the human protein GW182 demonstrated that reiterated WG/GW motifs form evolutionarily and functionally conserved Argonaute-binding platforms in RNA interference (RNAi)-related components.

In plants and invertebrates, viral-derived siRNAs processed by the RNaseIII Dicer guide Argonaute (AGO) proteins as part of antiviral RNA-induced silencing complexes (RISC). As a counterdefense, viruses produce suppressor proteins (VSRs) that inhibit the host silencing machinery, but their mechanisms of action and cellular targets remain largely unknown. Here, we show that the Turnip crinckle virus (TCV) capsid, the P38 protein, acts as a homodimer, or multiples thereof, to mimic host-encoded glycine/tryptophane (GW)-containing proteins normally required for RISC assembly/function in diverse organisms. The P38 GW residues bind directly and specifically to Arabidopsis AGO1, which, in addition to its role in endogenous microRNA-mediated silencing, is identified as a major effector of TCV-derived siRNAs. Point mutations in the P38 GW residues are sufficient to abolish TCV virulence, which is restored in Arabidopsis ago1 hypomorphic mutants, uncovering both physical and genetic interactions between the two proteins. We further show how AGO1 quenching by P38 profoundly impacts the cellular availability of the four Arabidopsis Dicers, uncovering an AGO1-dependent, homeostatic network that functionally connects these factors together. The likely widespread occurrence and expected consequences of GW protein mimicry on host silencing pathways are discussed in the context of innate and adaptive immunity in plants and metazoans.

Toxoplasma gondii, the causative agent of toxoplasmosis, is an obligate intracellular protozoan parasite that resides inside a parasitophorous vacuole. During infection, Toxoplasma actively remodels the transcriptome of its hosting cells with profound and coupled impact on the host immune response. We report that Toxoplasma secretes GRA24, a novel dense granule protein which traffics from the vacuole to the host cell nucleus. Once released into the host cell, GRA24 has the unique ability to trigger prolonged autophosphorylation and nuclear translocation of the host cell p38α MAP kinase. This noncanonical kinetics of p38α activation correlates with the up-regulation of the transcription factors Egr-1 and c-Fos and the correlated synthesis of key proinflammatory cytokines, including interleukin-12 and the chemokine MCP-1, both known to control early parasite replication in vivo. Remarkably, the GRA24–p38α complex is defined by peculiar structural features and uncovers a new regulatory signaling path distinct from the MAPK signaling cascade and otherwise commonly activated by stress-related stimuli or various intracellular microbes.

Toxoplasma gondii is a protozoan pathogen in the phylum Apicomplexa that resides within an intracellular parasitophorous vacuole (PV) that is selectively permeable to small molecules through unidentified mechanisms. We have identified GRA17 as a Toxoplasma-secreted protein that localizes to the parasitophorous vacuole membrane (PVM) and mediates passive transport of small molecules across the PVM. GRA17 is related to the putative Plasmodium translocon protein EXP2 and conserved across PV-residing Apicomplexa. The PVs of GRA17-deficient parasites have aberrant morphology, reduced permeability to small molecules, and structural instability. GRA17-deficient parasites proliferate slowly and are avirulent in mice. These GRA17-deficient phenotypes are rescued by complementation with Plasmodium EXP2. GRA17 functions synergistically with a related protein, GRA23. Exogenous expression of GRA17 or GRA23 alters the membrane conductance properties of Xenopus oocytes in a manner consistent with a large non-selective pore. Thus, GRA17 and GRA23 provide a molecular basis for PVM permeability and nutrient access.

Summary paragraph Sexual reproduction of Toxoplasma gondii , which is restricted to the small intestine of felids, is sparsely documented, due to ethical concerns surrounding the use of cats as model organisms. Chromatin modifiers dictate the developmental fate of the parasite during its multistage life cycle, but their targeting to stage-specific cistromes is poorly described 1 . In this study, we found that transcription factors AP2XII-1 and AP2XI-2, expressed in tachyzoite stage that causes acute toxoplasmosis, can silence genes necessary for merozoites, a developmental stage critical for sexual commitment and transmission to the next host, including humans. Their conditional and simultaneous depletion leads to a drastic change in the transcriptional program, promoting a complete transition from tachyzoites to merozoites. Pre-gametes produced in vitro under these conditions are characterized by specific protein markers and undergo typical asexual endopolygenic division cycles. In tachyzoites, AP2XII-1 and AP2XI-2 bind DNA as heterodimers at merozoite promoters and recruit the epigenitors MORC and HDAC3 1 , which in turn restrict the accessibility of chromatin to the transcriptional machinery. Thus, the commitment to merogony stems from a profound epigenetic rewiring orchestrated by AP2XII-1 and AP2XI-2. This effective in vitro culture of merozoites paves the way to explore Toxoplasma sexual reproduction without the need to infect kittens and has potential for the development of therapeutics to block parasite transmission.

Abstract Apicomplexan parasites are unicellular eukaryotes responsible for major human diseases including malaria and toxoplasmosis. Apicomplexan parasites must obtain and combine lipids both from host cell scavenging and de novo synthesis to maintain parasite propagation and survival within their human host. Major questions on the actual role for each lipid source or how these are regulated upon fluctuating host nutritional conditions remain unanswered. Characterization of an apicoplast acyltransferase TgATS2, shows that the apicoplast provides local (lyso)phosphatidic acid balance, which is required for the recruitment of a novel dynamin (TgDrpC) critical during parasite cytokinesis. Disruption of TgATS2 led parasites to shift metabolic lipid acquisition from de novo synthesis towards host scavenging. Importantly, both lipid scavenging and de novo synthesis pathways exhibit major metabolic and cellular plasticity upon sensing host lipid-deprived environments through concomitant (i) up-regulation of de novo fatty acid synthesis capacities in the apicoplast, and (ii) parasite-driven host cell remodelling to generate multi-membrane-bound structures from host organelles that are imported towards the parasite.

Toxoplasma gondii is a foodborne pathogen that can cause severe and life-threatening infections in fetuses and immunocompromised patients. Felids are its only definitive hosts, and a wide range of animals, including humans, serve as intermediate hosts. When the transmissible bradyzoite stage is orally ingested by felids, they transform into merozoites that expand asexually, ultimately generating millions of gametes for the parasite sexual cycle. However, bradyzoites in intermediate hosts differentiate exclusively to disease-causing tachyzoites, which rapidly disseminate throughout the host. Though tachyzoites are well-studied, the molecular mechanisms governing transitioning between developmental stages are poorly understood. Each parasite stage can be distinguished by a characteristic transcriptional signature, with one signature being repressed during the other stages. Switching between stages require substantial changes in the proteome, which is achieved in part by ubiquitination. F-box proteins mediate protein poly-ubiquitination by recruiting substrates to SKP1, Cullin-1, F-Box protein E3 ubiquitin ligase (SCF-E3) complexes. We have identified an F-box protein named Toxoplasma gondii F-Box Protein L2 (TgFBXL2), which localizes to distinct perinucleolar sites. TgFBXL2 is stably engaged in an SCF-E3 complex that is surprisingly also associated with a COP9 signalosome complex that negatively regulates SCF-E3 function. At the cellular level, TgFBXL2-depleted parasites are severely defective in centrosome replication and daughter cell development. Most remarkable, RNAseq data show that TgFBXL2 conditional depletion induces the expression of stage-specific genes including a large cohort of genes necessary for sexual commitment. Together, these data suggest that TgFBXL2 is a latent guardian of stage specific gene expression in Toxoplasma and poised to remove conflicting proteins in response to an unknown trigger of development.

Introductory paragraph The apicomplexa comprise a large phylum of single-celled, obligate intracellular protozoa that infect humans and animals and cause severe parasitic diseases. Available therapeutics against these devastating diseases are limited by suboptimal efficacy and frequent side effects, as well as the emergence and spread of resistance. Here, we use a drug repurposing strategy and identify altiratinib, a compound originally developed to treat glioblastoma, as a promising drug candidate with broad spectrum activity against apicomplexans. Altiratinib is parasiticidal and blocks the development of intracellular zoites in the nanomolar range and with a high selectivity index. We have identified Tg PRP4K of T. gondii as the primary target of altiratinib by genetic target deconvolution, highlighting key residues within the kinase catalytic site that, when mutated, confer resistance to the drug. We have further elucidated the molecular basis of the inhibitory mechanism and species selectivity of altiratinib for Tg PRP4K as well as for its P. falciparum counterpart Pf CLK3. Our data also point to structural features critical for binding of the other Pf CLK3 inhibitor, TCMDC-135051. Consistent with the role of this kinase family in splicing in a broad spectrum of eukaryotes, we have shown that altiratinib causes global disruption of splicing, primarily through intron retention in both T. gondii and P. falciparum . Thus, our data establish parasitic PRP4K/CLK3 as a promising pan-apicomplexan target whose repertoire of inhibitors can be expanded by the addition of altiratinib.