SUMO (small ubiquitin-like modifier) modification regulates many cellular processes, including transcription. Although sumoylation often occurs on specific lysines within the consensus tetrapeptide ΨKxE, other modifications, such as phosphorylation, may regulate the sumoylation of a substrate. We have discovered PDSM (phosphorylation-dependent sumoylation motif), composed of a SUMO consensus site and an adjacent proline-directed phosphorylation site (ΨKxExxSP). The highly conserved motif regulates phosphorylation-dependent sumoylation of multiple substrates, such as heat-shock factors (HSFs), GATA-1, and myocyte enhancer factor 2. In fact, the majority of the PDSM-containing proteins are transcriptional regulators. Within the HSF family, PDSM is conserved between two functionally distinct members, HSF1 and HSF4b, whose transactivation capacities are repressed through the phosphorylation-dependent sumoylation. As the first recurrent sumoylation determinant beyond the consensus tetrapeptide, the PDSM provides a valuable tool in predicting new SUMO substrates.

Transplantation of pancreatic islet cells derived from human pluripotent stem cells is a promising treatment for diabetes. Despite progress in stem cell-derived islet (SC-islet) generation, detailed characterization of their functional properties has not been conducted. Here, we generated functionally mature SC-islets using an optimized protocol and comprehensively benchmarked them against primary adult islets. Biphasic glucose stimulated insulin secretion developed during in vitro maturation, associated with cytoarchitectural reorganization and increased alpha cells. Electrophysiology and exocytosis of SC-islets were comparable to adult islets. Glucose-responsive insulin secretion was achieved despite differences in glycolytic and mitochondrial glucose metabolism. Single-cell transcriptomics of SC-islets in vitro and throughout 6 months of murine engraftment revealed a continuous maturation trajectory culminating in a transcriptional landscape closely resembling that of primary islets. Our thorough evaluation of SC-islet maturation highlights their advanced degree of functionality and supports their use in further efforts to understand and combat diabetes.

ABSTRACT Intestine is divided into functionally distinct regions along the anteroposterior (A/P) axis. How the regional identity influences the function of intestinal stem cells (ISCs) and their offspring remain largely unresolved. We introduce an imaging-based method, ‘Linear Analysis of Midgut’ (LAM), which allows quantitative regionally defined cellular phenotyping of the whole Drosophila midgut. LAM transforms image-derived cellular data from three-dimensional midguts into a linearized representation, binning it into segments along the A/P axis. Through automated multi-variate determination of regional borders, LAM allows mapping and comparing cellular features and frequencies with subregional resolution. Through the use of LAM, we quantify the distributions of ISCs, enteroblasts and enteroendocrine cells in a steady state midgut, and reveal unprecedented regional heterogeneity in the ISC response to a Drosophila model of colitis. Taken together, LAM is a powerful tool for organ-wide quantitative analysis of the regional heterogeneity of midgut cells. Graphical abstract

Abstract Aging is associated with progressive phenotypic changes over time. Virtually all cellular phenotypes are produced by proteins and structural alterations in proteins can lead to age-related diseases. Nonetheless, comprehensive knowledge of proteins undergoing structural-functional changes during cellular aging and their contribution to age-related phenotypes is lacking. Here, we conducted proteome-wide analysis of early age-related protein structural changes in budding yeast using limited proteolysis-mass spectrometry. The results, compiled in online ProtAge-catalog, unravelled age-related functional changes in regulators of translation, protein folding and amino acid metabolism. Mechanistically, we found that folded glutamate synthase Glt1 polymerizes into supramolecular self-assemblies during aging causing breakdown of cellular amino acid homeostasis. Inhibiting Glt1 polymerization by mutating the polymerization interface restored amino acid levels in aged cells, attenuated mitochondrial dysfunction and led to life span extension. Altogether, this comprehensive map of protein structural changes enables identifying novel mechanisms of age-related phenotypes and offers opportunities for their reversal.

ABSTRACT The adult intestine is a regionalized organ, whose size and cellular composition is adjusted in response to nutrient status. This involves dynamic regulation of intestinal stem cell (ISC) proliferation and differentiation. How nutrient signaling controls cell fate decisions to drive regional changes in cell type composition remains unclear. Here we show that nutrient adaptation involves region-specific control of intestinal cell size, number and differentiation. We uncovered that activation of mTOR complex 1 increases ISC size in a region-specific manner. This promotes Delta expression to direct cell fate towards the absorptive enteroblast lineage, while inhibiting secretory enteroendocrine cell differentiation. The observed coupling between nutrient sensing and cell fate enabled mitigation of aging-induced ISC misdifferentiation through intermittent fasting. In conclusion, ISC size acts as an early fate determinant allowing regional control of intestinal cell differentiation in response to nutrition with relevance to maintenance of tissue integrity during aging. Highlights mTORC1 signaling regulates ISC size in a region-specific manner mTORC1 signaling is activated in the S and G2 phase of the ISC cell cycle ISC size directs differentiation towards absorptive vs. secretory lineage Intermittent fasting mitigates aging induced deregulation of ISC differentiation GRAPHICAL ABSTRACT

The heterodimeric ChREBP-MLX transcription factor complex is a key mediator that couples intracellular sugar levels to carbohydrate and lipid metabolism. To promote the expression of target genes, two ChREBP-MLX heterodimers form a heterotetramer to bind a tandem element with two adjacent E-boxes, called Carbohydrate Responsive Element (ChoRE). How the ChREBP-MLX hetero-tetramerization is achieved and regulated, remains poorly understood. Here we show that MLX phosphorylation on an evolutionarily conserved motif is necessary for the heterotetramer formation on the ChoRE and the transcriptional activity of the ChREBP-MLX complex. We identified CK2 and GSK3 as MLX kinases that coordinately phosphorylate MLX. High intracellular glucose-6-phosphate accumulation inhibits MLX phosphorylation and heterotetramer formation on the ChoRE, impairing ChREBP-MLX activity. Physiologically, MLX phosphorylation is necessary in

MYC protein expression has to be tightly controlled to allow for maximal cell proliferation without inducing apoptosis. Here we discover UBR5 as a novel MYC ubiquitin ligase and demonstrate how it functions as a molecular rheostat to prevent excess accumulation of MYC protein. UBR5 effects on MYC protein stability are independent on N-terminal FBW7 degron of MYC. Endogenous UBR5 inhibition induces MYC protein expression and activates MYC target genes. Moreover, UBR5 governs MYC-dependent phenotypes in vivo in Drosophila. In cancer cells, UBR5-mediated MYC protein suppression diminishes cell killing activity of cancer therapeutics. Further, we demonstrate that UBR5 dominates MYC protein expression at the single-cell level in human basal-type breast cancer tissue. Myc and Ubr5 are co-amplified in MYC-driven human cancer types, and UBR5 controls MYC-mediated apoptotic threshold in co-amplified basal type breast cancer cells. In summary, UBR5 is a novel MYC ubiquitin ligase and an endogenous rheostat for MYC protein expression in vivo. Clinically, expression of UBR5 may be important for protection of breast cancer cells from drug-induced, and MYC-dependent, apoptosis.

Actin influences gene expression at multiple levels. It regulates the activity of specific transcription factors, such as myocardin-related transcription factor (MRTF), is a component of many chromatin remodelers and linked to transcription by all three RNA polymerases (Pol). However, the molecular mechanisms by which actin participates in the gene-specific vs. general transcription have remained unclear. Here we use chromatin immunoprecipitation followed by deep sequencing (ChIP-seq) in Drosophila ovaries to demonstrate that binding of actin to the Act5C gene is not dependent on the Mrtf transcription cofactor. At the genome-wide level, actin interacts with essentially all transcribed genes and co-occupies most gene promoters together with Pol II. On highly expressed genes, actin and Pol II can be found also on the gene bodies. Manipulation of nuclear transport factors for actin leads to decreased expression of egg shell genes, demonstrating the in vivo relevance of balanced nucleo-cytoplasmic shuttling of actin for transcription.