The Drosophila (fruit fly) model system has been instrumental in our current understanding of human biology, development, and diseases. Here, we used a high-throughput yeast two-hybrid (Y2H)-based technology to screen 102 bait proteins from Drosophila melanogaster , most of them orthologous to human cancer-related and/or signaling proteins, against high-complexity fly cDNA libraries. More than 2300 protein-protein interactions (PPI) were identified, of which 710 are of high confidence. The computation of a reliability score for each protein-protein interaction and the systematic identification of the interacting domain combined with a prediction of structural/functional motifs allow the elaboration of known complexes and the identification of new ones. The full data set can be visualized using a graphical Web interface, the PIMRider ( http://pim.hybrigenics.com ), and is also accessible in the PSI standard Molecular Interaction data format. Our fly Protein Interaction Map (PIM) is surprisingly different from the one recently proposed by Giot et al. with little overlap between the two data sets. Analysis of the differences in data sets and methods suggests alternative strategies to enhance the accuracy and comprehensiveness of the post-genomic generation of broad-scale protein interaction maps.

Significance Proximity-dependent biotinylation (BioID) is a readily accessible method for identifying protein associations that occur in living cells. Fusion of a promiscuous biotin ligase to a bait protein for expression in live cells enables covalent biotin labeling, and thus identification, of proteins proximate to the bait. Here we used BioID to probe the organization of the nuclear pore complex, a large structure that regulates molecular transport between the nucleus and cytoplasm. These studies enhance our understanding of major subcomplexes within the nuclear pore complex and demonstrate the utility of BioID for studying the organization of large protein assemblies. Additionally, we have measured the labeling radius of BioID, thus enabling the rational application of this method and more meaningful data interpretation.

The correct positioning of the nucleus is often important in defining the spatial organization of the cell, for example, in determining the cell division plane. In interphase Schizosaccharomyces pombe cells, the nucleus is positioned in the middle of the cylindrical cell in an active microtubule (MT)-dependent process. Here, we used green fluorescent protein markers to examine the dynamics of MTs, spindle pole body, and the nuclear envelope in living cells. We find that interphase MTs are organized in three to four antiparallel MT bundles arranged along the long axis of the cell, with MT plus ends facing both the cell tips and minus ends near the middle of the cell. The MT bundles are organized from medial MT-organizing centers that may function as nuclear attachment sites. When MTs grow to the cell tips, they exert transient forces produced by plus end MT polymerization that push the nucleus. After an average of 1.5 min of growth at the cell tip, MT plus ends exhibit catastrophe and shrink back to the nuclear region before growing back to the cell tip. Computer modeling suggests that a balance of these pushing MT forces can provide a mechanism to position the nucleus at the middle of the cell.

Nuclear pore complexes (NPCs) are large multiprotein assemblies that allow traffic between the cytoplasm and the nucleus. During mitosis in higher eukaryotes, the Nuclear Envelope (NE) breaks down and NPCs disassemble. How NPCs reassemble and incorporate into the NE upon mitotic exit is poorly understood. We demonstrate a function for the conserved Nup107-160 complex in this process. Partial in vivo depletion of Nup133 or Nup107 via RNAi in HeLa cells resulted in reduced levels of multiple nucleoporins and decreased NPC density in the NE. Immunodepletion of the entire Nup107-160 complex from in vitro nuclear assembly reactions produced nuclei with a continuous NE but no NPCs. This phenotype was reversible only if Nup107-160 complex was readded before closed NE formation. Depletion also prevented association of FG-repeat nucleoporins with chromatin. We propose a stepwise model in which postmitotic NPC assembly initiates on chromatin via early recruitment of the Nup107-160 complex.

Abstract Nuclear pore complexes (NPCs) constitute giant channels within the nuclear envelope that mediate nucleocytoplasmic exchange. NPC diameter is thought to be regulated by nuclear envelope tension, but how such diameter changes are physiologically linked to cell differentiation, where mechanical properties of nuclei are remodeled and nuclear mechanosensing occurs, remains unstudied. Here we used cryo-electron tomography to show that NPCs dilate during differentiation of mouse embryonic stem cells into neural progenitors. In Nup133-deficient cells, which are known to display impaired neural differentiation, NPCs however fail to dilate. By analyzing the architectures of individual NPCs with template matching, we revealed that the Nup133-deficient NPCs are structurally heterogeneous and frequently disintegrate, resulting in the formation of large nuclear envelope openings. We propose that the elasticity of the NPC scaffold mechanically safeguards the nuclear envelope. Our studies provide a molecular explanation for how genetic perturbation of scaffolding components of macromolecular complexes causes tissue-specific phenotypes.

Abstract Many cellular processes, ranging from cell division to differentiation, are controlled by nuclear pore complexes (NPCs). However studying contributions of individual NPC subunits to these processes in vertebrates has long been impeded by their complexity and the lack of efficient genetic tools. Here we use genome editing in mouse embryonic stem cells (mESCs) to characterize the role of NPC structural components, focusing on the short arm of the Y-complex that comprises Nup85, Seh1 and Nup43. We show that Seh1 and Nup43, although dispensable in pluripotent mESCs, are required for their normal cell growth rates, their viability upon differentiation, and for the maintenance of proper NPC density. mESCs with an N-terminally truncated Nup85 mutation (in which interaction with Seh1 is greatly impaired) feature a similar reduction of NPC density. However, their proliferation and differentiation are unaltered, indicating that it is the integrity of the Y-complex, rather than the number of NPCs, that is critical to ensure these processes. Summary statement Seh1 and Nup43, although dispensable in pluripotent mouse embryonic stem cells, are required for normal cell growth, viability upon differentiation, and maintenance of proper NPC density.

Although structural nuclear pore proteins (nucleoporins) are seemingly required in every cell type to assemble a functional nuclear transport machinery, mutations or deregulation of a subset of them have been associated with specific human hereditary diseases. In particular, previous genetic studies of patients with nephrotic syndrome identified mutations in Nup107 that impaired the expression or the localization of its direct partner at nuclear pores, Nup133. In the present study, we characterized the zebrafish nup133 orthologous gene and its expression pattern during larval development. Morpholino-mediated gene knockdown revealed that Nup133 depletion in zebrafish larvae leads to the formation of kidney cysts, a phenotype that can be rescued by co-injection of wild type mRNA. Analysis of different markers for tubular and glomerular development shows that the overall kidney development is not affected by nup133 knockdown. On the other hand, we demonstrate that nup133 is essential for the organization and functional integrity of the pronephric glomerular filtration barrier, as its downregulation results in proteinuria and moderate foot process effacement, mimicking some of the abnormalities typically featured by patients with nephrotic syndrome. These data indicate that nup133 is a new gene required for proper glomerular structure and function in zebrafish.

ABSTRACT From their essential function in building up the nuclear pore complexes, nucleoporins have expanded roles beyond nuclear transport. Hence, their contribution to chromatin organization and gene expression has set them as critical players in development and pathologies. We previously reported that Nup133 and Seh1, two components of the Y-complex subunit of the nuclear pore scaffold, are dispensable for mouse embryonic stem cell viability but required for their survival during neuroectodermal differentiation. Here, a transcriptomic analysis revealed that Nup133 regulates a subset of genes at early stages of neuroectodermal differentiation, including Lhx1 and Nup210L , encoding a newly validated nucleoporin. These genes were also misregulated in Nup133∆Mid neuronal progenitors, in which NPC basket assembly is impaired, as previously observed in pluripotent cells. However, a four-fold reduction of Nup133, despite affecting basket assembly, is not sufficient to alter Nup210L and Lhx1 regulation. Finally, these two genes are also misregulated in Seh1 -deficient neural progenitors that only show a mild decrease in NPC density. Together these data reveal a shared function of Y-complex nucleoporins in gene regulation during neuroectodermal differentiation, which seem independent of nuclear pore basket assembly.