Of Wnt, Prorenin Receptor, and V-ATPase The Wnt protein binds to receptors at the cell surface and regulates signaling pathways that control a wide range of critical biological processes from stem cell differentiation to generation of cancer. In a screen for components required for Wnt signaling, Cruciat et al. (p. 459 ) discovered an unexpected partner, the prorenin receptor (PRR). PRR bound to the Wnt receptor proteins Fz8 and LRP6. The PRR protein could interact with the receptors and promote Wnt signaling without its cytoplasmic domain through which it initiates signaling in response to the prorenin protein. Its role in Wnt signaling appears to be rather different. The PRR binds to the vacuolar H + –adenosine triphosphatase (V-ATPase), a proton pump that can influence endocytosis by acidification of vesicles. The V-ATPase was also necessary for phosphorylation of LRP6 and Wnt. Thus, PRR may link the V-ATPase to the Wnt receptor protein LRP6, allowing acidification in the vicinity of the activated receptor, which appears to be necessary for phosphorylation of LRP6 and subsequent signaling.

Abstract Transposable elements are genomic parasites that expand within and spread between genomes 1 . Piwi proteins control transposon activity, notably in the germline 2,3 . These proteins recognize their targets through small RNA co-factors named piRNAs, making piRNA biogenesis a key specificity-determining step in this crucial genome immunity system. While the processing of piRNA precursors is an essential step in this process, many molecular details of this process remain unknown. We identify a novel endoribonuclease, PUCH, that initiates piRNA processing in the nematode Caenorhabditis elegans . Genetic and biochemical studies show that PUCH, a trimer of Schlafen-like-domain proteins (SLFL proteins), executes 5’-end piRNA precursor cleavage. PUCH-mediated processing strictly requires an m7G-Cap and a uracil at position three. We also demonstrate how PUCH interacts with PETISCO, a complex that binds piRNA precursors 4 , and that this interaction enhances piRNA production in vivo . The identification of PUCH completes the repertoire of C. elegans piRNA biogenesis factors and uncovers a novel type of RNA endonuclease formed by three SLFL proteins. Mammalian Schlafen (Slfn) genes have been associated with immunity responses 5 , exposing a thus far unknown molecular link between immune responses in mammals and deeply conserved RNA-based mechanisms that control transposable elements.

Abstract LOTUS and Tudor domain containing proteins have critical roles in the germline. Proteins that contain these domains, such as Tejas/Tapas in Drosophila , help localize Vasa to the germ granules and facilitate piRNA-mediated transposon silencing. The homologous proteins in mammals, TDRD5 and TDRD7, are required during spermiogenesis. Until now, proteins containing both LOTUS and Tudor domains in Caenorhabditis elegans have remained elusive. Here we describe LOTR-1 (D1081.7), which derives its name from its LO TUS and T udo r domains. Interestingly, LOTR-1 docks next to P granules to colocalize with the broadly conserved Z-granule helicase, ZNFX-1. LOTR-1’s Z-granule association requires its Tudor domain, but both LOTUS and Tudor deletions affect brood size when coupled with a knockdown of the Vasa homolog glh-1 . In addition to interacting with the germ-granule components WAGO-1, PRG-1 and DEPS-1, we identified a Tudor-dependent association with ZNFX-1. Like znfx-1 mutants, lotr-1 mutants lose small RNAs from the 3’ ends of WAGO and Mutator targets, reminiscent of the loss of piRNAs from the 3’ ends of piRNA precursor transcripts in mouse Tdrd5 mutants. Our work suggests that LOTR-1 acts in a conserved mechanism that brings small RNA generating mechanisms towards the 3’ ends of small RNA templates or precursors.

Abstract Piwi-interacting RNAs (piRNAs) constitute a class of small RNAs that bind PIWI proteins and are essential to repress transposable elements in the animal germline, thereby promoting genome stability and maintaining fertility. C. elegans piRNAs (21U RNAs) are transcribed individually from minigenes as precursors that require 5’ and 3’ processing. This process depends on the PETISCO complex, consisting of four proteins: IFE-3, TOFU-6, PID-3, and ERH-2. We employ biochemical and structural biology approaches to characterize the PETISCO architecture and its interaction with RNA, together with its effector proteins TOST-1 and PID-1. These two proteins define different PETISCO functions: PID-1 governs 21U processing whereas TOST-1 links PETISCO to an unknown process essential for early embryogenesis. Here, we show that PETISCO forms an octameric assembly with each subunit present in two copies. Determination of structures of the TOFU-6/PID-3 and PID-3/ERH-2 subcomplexes, supported by in vivo studies of subunit interaction mutants, allows us to propose a model for the formation of the TOFU-6/PID-3/ERH-2 core complex, and its functionality in germ cells and early embryos. Using NMR spectroscopy, we demonstrate that TOST-1 and PID-1 bind to a common surface on ERH-2, located opposite its PID-3 binding site, explaining how PETISCO can mediate different cellular roles.

Abstract Social insects are models for phenotypic plasticity: the generation of different phenotypes from the same genotype. Ant queens and workers differ not only in their morphology and behaviour, but also in their fecundity and lifespan, which is often several times higher in queens. However, the gene regulatory mechanisms underlying these differences are not yet well understood. Since ant queens can live and reproduce for more than two decades, they need to protect their germline from the activity of transposable elements (TEs). This protection may be redundant in short-lived, often sterile workers. We have analysed the expression of two protective classes of smallRNAs, microRNAs (miRNAs) and Piwi-interacting RNAs (piRNAs), in different tissues, castes, and age classes of the ant species Temnothorax rugatulus . We show that piRNAs are particularly active in the ovaries of queens. TEs are clear targets of the piRNAs in this ant species, and piRNA-specific sequence signatures in the ovaries of all queens regardless of age indicate that young and old queens have similarly active piRNA pathways. Interestingly, the reduced ovaries of the workers also showed the same level of piRNA activity. This was not only the case in young, fertile workers from queenless nests, but also in the presumably older foragers, which have almost completely regressed ovaries. These findings suggest that the germline in these ants is invariably protected by piRNA activity, irrespective of ovarian development. The brain and thorax of queens also contained piRNAs, but at lower levels, and the piRNA-specific ping-pong signatures were strongly reduced in these tissues. We also annotated and analysed miRNAs in different tissues. We confidently detected the expression of 304 miRNAs. Of these, 10 were enriched in the brain and three to the thorax, whereas 83 were specific to the ovaries. 105 miRNAs were found to be expressed in all three tissues. We also identified miRNAs whose expression potentially is related to ant caste, fecundity, and age, suggesting that caste-specific gene activity may be regulated in part by miRNAs. In contrast, our studies of piRNA activity indicate similar profiles across caste, fecundity and age groups, but strong tissue specificity with the highest piRNA mediated TE protection in the germline.

In every domain of life, Argonaute proteins and their associated small RNAs regulate gene expression. Despite great conservation of Argonaute proteins throughout evolution, many proteins acting in small RNA pathways are not widely conserved. Gametocyte-specific factor 1 (Gtsf1) proteins, characterized by two tandem CHHC zinc fingers and an unstructured, acidic C-terminal tail, are conserved in animals and act in small RNA pathways. In fly and mouse, they are required for fertility and have been shown to interact with Piwi clade Argonautes. We identified T06A10.3 as the Caenorhabditis elegans Gtsf1 homolog and named it gtsf-1. Given its conserved nature and roles in Piwi-mediated gene silencing, we sought out to characterize GTSF-1 in the context of the small RNA pathways of C. elegans. Like its homologs, GTSF-1 is required for normal fertility. Surprisingly, we report that GTSF-1 is not required for Piwi-mediated gene silencing. Instead, gtsf-1 mutants show strong depletion of a class of endogenous small RNAs, known as 26G-RNAs, and fully phenocopy mutants lacking RRF-3, the RNA-dependent RNA Polymerase that synthesizes 26G-RNAs. We show, both in vivo and in vitro, that GTSF-1 specifically and robustly interacts with RRF-3 via its tandem CHHC zinc fingers. Furthermore, we demonstrate that GTSF-1 is required for the assembly of a larger RRF-3 and DCR-1-containing complex, also known as ERIC, thereby allowing for 26G-RNA generation. We propose that GTSF-1 homologs may similarly act to drive the assembly of larger complexes that subsequently act in small RNA production and/or in imposing small RNA-mediated silencing activities.