Abstract Killer meiotic drivers (KMDs) skew allele transmission in their favor by killing meiotic progeny not inheriting the driver allele. Despite their widespread presence in eukaryotes, the molecular mechanisms behind their selfish behavior are poorly understood. Here we investigate how the poison and antidote products of a fission yeast wtf -family KMD gene can act antagonistically. Both the poison and the antidote are multi-transmembrane proteins, differing only in their N-terminal cytosolic tails. We find that the antidote employs N-terminal PY motifs to bind Rsp5/NEDD4 family ubiquitin ligases, which ubiquitinate the antidote. Mutating PY motifs or attaching a deubiquitinating enzyme transforms the antidote into a toxic protein. Ubiquitination promotes the transport of the antidote from the trans-Golgi network to the endosome, thereby neutralizing its toxicity and that of the bound poison. We propose that post-translational modification-mediated protein localization and/or activity changes may be a common mechanism governing the antagonistic duality of single-gene KMDs.

Selective macroautophagy of the endoplasmic reticulum (ER) and the nucleus, known as ER-phagy and nucleophagy respectively, are processes whose mechanisms remain inadequately understood. Through an imaging-based screen, we find that in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, Yep1 (also known as Hva22 or Rop1), the ortholog of human REEP1-4, is essential for ER-phagy and nucleophagy, but not for bulk autophagy. In the absence of Yep1, the initial phase of ER-phagy and nucleophagy proceeds normally, with the ER-phagy/nucleophagy receptor Epr1 co-assembling with Atg8. However, ER-phagy/nucleophagy cargos fail to reach the vacuole. Instead, nucleus- and cortical-ER-derived membrane structures not enclosed within autophagosomes accumulate in the cytoplasm. Intriguingly, the outer membranes of nucleus-derived structures remain continuous with the nuclear envelope-ER network, suggesting a possible outer membrane fission defect during cargo separation from source compartments. We find that the ER-phagy role of Yep1 relies on its abilities to self-interact and shape membranes, and requires its C-terminal amphipathic helices. Moreover, we show that human REEP1-4 and budding yeast Atg40 can functionally substitute for Yep1 in ER-phagy, and Atg40 is a divergent ortholog of Yep1 and REEP1-4. Our findings uncover an unexpected mechanism governing the autophagosomal enclosure of ER-phagy/nucleophagy cargos and shed new light on the functions and evolution of REEP family proteins.

Abstract The O-linked N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) transferase (OGT) mediates intracellular O-GlcNAcylation modification, whose function and substrates have entranced biologists and chemists alike. O-GlcNAcylation occurs on Ser/Thr residues and takes part in a vast array of physiological processes. OGT is essential for dividing mammalian cells, and it underscores many human diseases. Yet many of its fundamental substrates in the cell division process remains to be unveiled. Here we focus on its effect on Polo-like kinase 1 (PLK1), a mitotic master kinase that governs DNA replication, mitotic entry, chromosome segregation and mitotic exit. We found that PLK1 interacts with OGT and is O-GlcNAcylated. By utilizing stepped collisional energy/higher-energy collisional dissociation (sceHCD) mass spectrometry (MS) and mutagenesis studies, the critical O-GlcNAc site is located to be Thr291. Interestingly, T291N is a uterine carcinoma mutant in the TCGA database. Biochemical assays show that T291A and T291N both increase PLK1 stability. Using stable H2B-GFP cells, we show that PLK1-T291A and -T291N mutants display chromosome segregation defects, and result in misaligned and lagging chromosomes. In mouse xenograft models, we demonstrate that the O-GlcNAc-deficient PLK1-T291A and -T291N mutants would enhance uterine carcinoma in animals. Hence, we propose that OGT partially exerts its mitotic function through O-GlcNAcylation of PLK1, and sceHCD MS might be a new method to reveal many more O-GlcNAcylation substrates.

Abstract Pyruvate kinase M2 (PKM2) is a central metabolic enzyme driving the Warburg effect in tumor growth. Previous investigations have demonstrated that PKM2 is subject to O-linked β-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) modification, which is a nutrient-sensitive post-translational modification. Here we found that unc-51 like autophagy activating kinase 1 (ULK1), a glucose-sensitive kinase, interacts with PKM2 and phosphorylates PKM2 at Ser333. Ser333 phosphorylation antagonizes PKM2 O-GlcNAcylation, promotes its tetramer formation and enzymatic activity, and decreases its nuclear localization. By downregulating glucose consumption and lactate production, PKM2 pS333 attenuates the Warburg effect. Through mouse xenograft assays, we demonstrate that the phospho-deficient PKM2-S333A mutant promotes tumor growth in vivo. In conclusion, we identified a ULK1-PKM2-c-Myc axis in inhibiting breast cancer, and a glucose-sensitive phosphorylation of PKM2 in modulating the Warburg effect.

Abstract Transport protein particle (TRAPP) complexes belong to the multiprotein tethering complex and have three forms- TRAPPI, TRAPPII and TRAPPIII, which share a core of six TRAPPI proteins. TRAPPII facilitates intra-Golgi and endosome-to-Golgi transports by activating GTPase Ypt31/Ypt32 as the guanine nucleotide exchange factor (GEF) in yeast. Here we present cryo-EM structures of yeast TRAPPII in apo and Ypt32-bound states. All the structures show a dimeric architecture assembled by two triangle shaped monomers, while the monomer in the apo structure exhibits both open and closed conformations, and the monomer in the Ypt32-bound form only captures the closed conformation. Located in the interior of the monomer, Ypt32 binds with both TRAPPI and Trs120 via its nucleotide binding domain and binds with Trs31 of TRAPPI via its hypervariable domain. Combined with functional analysis, the structures provide insights into the assembly of TRAPPII and the mechanism of the specific activation of Ypt31/Ypt32 by TRAPPII. One Sentence Summary Structures of TRAPPII in different states reveal the mechanism of the specific activation of Ypt32 by TRAPPII.