ABSTRACT The intracellular inflammasome complex have been implicated in the maladaptive tissue damage and inflammation observed in chronic Pseudomonas aeruginosa infection. Human airway and corneal epithelial cells, which are critically altered during chronic infections mediated by P. aeruginosa , specifically express the inflammasome sensor NLRP1. Here, together with a companion study, we report that the NLRP1 inflammasome detects Exotoxin A (EXOA), a ribotoxin released by P. aeruginosa Type 2 Secretion System (T2SS) during chronic infection. Mechanistically, EXOA-driven Eukaryotic Elongation Factor 2 (EEF2) ribosylation and covalent inactivation promotes ribotoxic stress and subsequent NLRP1 inflammasome activation, a process shared with other EEF2-inactivating toxins, Diphtheria Toxin and Cholix Toxin. Biochemically, irreversible EEF2 inactivation triggers ribosome stress-associated kinases ZAKα- and P38-dependent NLRP1 phosphorylation and subsequent proteasome-driven functional degradation. Finally, Cystic Fibrosis cells from patients exhibit exacerbated P38 activity and hypersensitivity to EXOA-induced ribotoxic stress-dependent NLRP1 inflammasome activation, a process inhibited by the use of ZAKα inhibitors. Altogether, our results show the importance of P. aeruginosa virulence factor EXOA at promoting NLRP1-dependent epithelial damage and identify ZAKα as a critical sensor of virulence-inactivated EEF2. KEY POINTS P. aeruginosa induces NLRP1-dependent pyroptosis in human corneal and nasal epithelial cells P. aeruginosa Exotoxin A (EXOA) and other EEF2-inactivating bacterial exotoxins activate the human NLRP1 inflammasome EEF2 inactivation promotes ribotoxic stress response and ZAKα kinase-dependent NLRP1 inflammasome activation. Bronchial epithelial cells from Cystic Fibrosis patients show extreme sensitivity to ribotoxic stress-dependent NLRP1 inflammasome activation in response to Exotoxin A P38 and ZAKα inhibition protects Cystic Fibrosis epithelial cell from EXOA-induced pyroptosis

Hypoxia, a major inducer of angiogenesis, is known to trigger major changes of gene expression at the transcriptional level. Furthermore, global protein synthesis is blocked while internal ribosome entry sites (IRES) allow specific mRNAs to be translated. Here we report the transcriptome and translatome signatures of (lymph)angiogenic genes in hypoxic HL-1 cardiomyocytes: most genes are not induced at the transcriptome-, but at the translatome level, including all IRES-containing mRNAs. Our data reveal activation of (lymph)angiogenic mRNA IRESs in early hypoxia. We identify vasohibin1 (VASH1) as an IRES trans-acting factor (ITAF) able to activate FGF1 and VEGFD IRESs in hypoxia while it inhibits several IRESs in normoxia. Thus this new ITAF may have opposite effects on IRES activities. These data suggest a generalized process of IRES-dependent translational induction of (lymph)angiogenic growth factors expression in early hypoxia, whose pathophysiological relevance is to trigger formation of new functional vessels in ischemic heart. VASH1 is not always required, indicating that the IRESome composition is variable, thus allowing subgroups of IRESs to be activated under the control of different ITAFs.

Most transcriptional activity of exponentially growing cells is carried out by the RNA Polymerase I (Pol I), which produces a ribosomal RNA (rRNA) precursor. In budding yeast, Pol I is a multimeric enzyme with 14 subunits. Among them, Rpa49 forms with Rpa34 a Pol I-specific heterodimer (homologous to PAF53/CAST heterodimer in human Pol I), which might be responsible for the specific functions of the Pol I. Previous studies provided insight in the involvement of Rpa49 in initiation, elongation, docking and releasing of Rrn3, an essential Pol I transcription factor. Here, we took advantage of the spontaneous occurrence of extragenic suppressors of the growth defect of the rpa49 null mutant to better understand the activity of Pol I. Combining genetic approaches, biochemical analysis of rRNA synthesis and investigation of the transcription rate at the individual gene scale, we characterized mutated residues of the Pol I as novel extragenic suppressors of the growth defect caused by the absence of Rpa49. When mapped on the Pol I structure, most of these mutations cluster within the jaw-lobe module, at an interface formed by the lobe in Rpa135 and the jaw made up of regions of Rpa190 and Rpa12. In vivo , the suppressor allele RPA135-F301S restores normal rRNA synthesis and increases Pol I density on rDNA genes when Rpa49 is absent. Growth of the Rpa135-F301S mutant is impaired when combined with exosome mutation rrp6 Δ and it massively accumulates pre-rRNA. Moreover, Pol I bearing Rpa135-F301S is a hyper-active RNA polymerase in an in vitro tailed-template assay. We conclude that wild-type RNA polymerase I can be engineered to produce more rRNA in vivo and in vitro . We propose that the mutated area undergoes a conformational change that supports the DNA insertion into the cleft of the enzyme resulting in a super-active form of Pol I.Author summary The nuclear genome of eukaryotic cells is transcribed by three RNA polymerases. RNA polymerase I (Pol I) is a multimeric enzyme specialized in the synthesis of ribosomal RNA. Deregulation of the Pol I function is linked to the etiology of a broad range of human diseases. Understanding the Pol I activity and regulation represents therefore a major challenge. We chose the budding yeast Saccharomyces cerevisiae as a model, because Pol I transcription apparatus is genetically amenable in this organism. Analyses of phenotypic consequences of deletion/truncation of Pol I subunits-coding genes in yeast indeed provided insights into the activity and regulation of the enzyme. Here, we characterized mutations in Pol I that can alleviate the growth defect caused by the absence of Rpa49, one of the subunits composing this multi-protein enzyme. We mapped these mutations on the Pol I structure and found that they all cluster in a well-described structural element, the jaw-lobe module. Combining genetic and biochemical approaches, we showed that Pol I bearing one of these mutations in the Rpa135 subunit is able to produce more ribosomal RNA in vivo and in vitro . We propose that this super-activity is explained by structural rearrangement of the Pol I jaw/lobe interface.

Vibrio cholerae is nowadays still problematic in several countries which are exposed to recurrent disease outbreaks. The current disease detection and treatment methods are efficient so this approach focused on the prevention of the disease. Indeed, current solutions are not efficient enough to deal with this situation. As V. cholerae which infects more than a million people each year is usually found in water, a synthetic microbial consortium was designed to detect and kill efficiently the bacteria in water. This work shows that Vibrio harveyi, a non-pathogenic strain to human, can be an efficient detector of V. cholerae. Moreover, it proves that Pichia pastoris, a yeast, can efficiently produce a novel antimicrobial peptide coming from the crocodile Crocodylus siamensis (i.e D-NY15) and that this peptide has a killing action towards V. cholerae. This study also shows that a communication between a prokaryote (Vibrio harveyi) and an eukaryote (Pichia pastoris) may be possible.

Ribosome biogenesis is a complex and energy-demanding process requiring tight coordination of ribosomal RNA (rRNA) and ribosomal protein (RP) production. Alteration of any step in this process may impact growth by leading to proteotoxic stress. Although the transcription factor Hsf1 has emerged as a central regulator of proteostasis, how its activity is coordinated with ribosome biogenesis is unknown. Here we show that arrest of ribosome biogenesis in the budding yeast S. cerevisiae triggers rapid activation of a highly specific stress pathway that coordinately up-regulates Hsf1 target genes and down-regulates RP genes. Activation of Hsf1 target genes requires neo-synthesis of RPs, which accumulate in an insoluble fraction, leading to sequestration of the RP transcriptional activator Ifh1. Our data suggest that levels of newly-synthetized RPs, imported into the nucleus but not yet assembled into ribosomes, work to continuously balance Hsf1 and Ifh1 activity, thus guarding against proteotoxic stress during ribosome assembly.

Abstract The ribosome maturation factor Rea1 (or Midasin) catalyses the removal of assembly factors from large ribosomal subunit precursors and promotes their export from the nucleus to the cytosol. Rea1 consists of nearly 5000 amino-acid residues and belongs to the AAA+ protein family. It consists of a ring of six AAA+ domains from which the ≈1700 amino-acid residue linker emerges that is subdivided into stem, middle and top domains. A flexible and unstructured D/E rich region connects the linker top to a MIDAS (metal ion dependent adhesion site) domain, which is able to bind the assembly factor substrates. Despite its key importance for ribosome maturation, the mechanism driving assembly factor removal by Rea1 is still poorly understood. Here we demonstrate that the Rea1 linker is essential for assembly factor removal. It rotates and swings towards the AAA+ ring following a complex remodelling scheme involving nucleotide independent as well as nucleotide dependent steps. ATP-hydrolysis is required to engage the linker with the AAA+ ring and ultimately with the AAA+ ring docked MIDAS domain. The interaction between the linker top and the MIDAS domain allows direct force transmission for assembly factor removal.

Ribosome assembly requires precise coordination between the production and assembly of ribosomal components. Mutations in ribosomal proteins that inhibit the assembly process or ribosome function are often associated with ribosomopathies, some of which are linked to defects in proteostasis. In this study, we examine the interplay between several yeast proteostasis enzymes, including deubiquitylases (DUBs) Ubp2 and Ubp14, and E3 ligases Ufd4 and Hul5, and we explore their roles in the regulation of the cellular levels of K29-linked unanchored polyubiquitin (polyUb) chains. Accumulating K29-linked unanchored polyUb chains associate with maturing ribosomes to disrupt their assembly, activate the ribosome assembly stress response (RASTR), and lead to the sequestration of ribosomal proteins at the intranuclear quality control compartment (INQ). These findings reveal the physiological relevance of INQ and provide insights into mechanisms of cellular toxicity associated with ribosomopathies.

Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is a hereditary myopathy linked to deletions of the tandemly arrayed D4Z4 macrosatellite repeats at human chromosome 4q35. These deletions accompany local chromatin changes and the anomalous expression of nearby transcripts FRG2A, DBET, and D4Z4. We discovered that FRG2A is one member of a family of long non-coding RNAs (lncRNA) expressed at elevated levels in skeletal muscle cells in an individual-specific manner. We found that FRG2A lncRNA preferentially associates with rDNA sequences and centromeres, and also promotes the three-dimensional association of centromeres with the nucleolar periphery in FSHD samples. Furthermore, we demonstrate that the elevated FRG2A expression in cells from FSHD patients reduces rDNA transcription and protein synthesis rates.Our results frame a new disease model in which elevated lncRNAs expression mediated by deletions of D4Z4 macrosatellite repeats leads to a diminished protein synthesis capacity, thereby contributing to muscle wasting.

Summary The ribosome maturation factor Rea1 (or Midasin) catalyses the removal of assembly factors from large ribosomal subunit precursors to promote their export from the nucleus to the cytosol. Rea1 consists of nearly 5000 amino-acid residues and belongs to the AAA+ protein family. It consists of a ring of six AAA+ domains from which the ≈ 1700 amino-acid residue linker emerges that is subdivided into stem, middle and top domains. A flexible and unstructured D/E rich region connects the linker top to a MIDAS (metal ion dependent adhesion site) domain, which is able to bind the assembly factor substrates. Despite its key importance for ribosome maturation, the Rea1 mechanism driving assembly factor removal is still poorly understood. Here we demonstrate that the Rea1 linker is essential for assembly factor removal. It rotates and swings towards the AAA+ ring following a complex remodelling scheme involving nucleotide independent as well as nucleotide dependent steps. ATP-hydrolysis is required to engage the linker with the AAA+ ring and ultimately with the AAA+ ring docked MIDAS domain. The interaction between the linker top and the MIDAS domain allows force transmission for assembly factor removal.

Ribosome assembly requires precise coordination between the production and assembly of ribosomal components. Mutations in ribosomal proteins that inhibit the assembly process or ribosome function are often associated with Ribosomopathies, some of which are linked to defects in proteostasis. In this study, we examine the interplay between several yeast proteostasis enzymes, including deubiquitylases (DUBs), Ubp2 and Ubp14, and E3 ligases, Ufd4 and Hul5, and we explore their roles in the regulation of the cellular levels of K29-linked unanchored polyubiquitin (polyUb) chains. Accumulating K29-linked unanchored polyUb chains associate with maturing ribosomes to disrupt their assembly, activate the Ribosome assembly stress response (RASTR), and lead to the sequestration of ribosomal proteins at the Intranuclear Quality control compartment (INQ). These findings reveal the physiological relevance of INQ and provide insights into mechanisms of cellular toxicity associated with Ribosomopathies.