A cAMP-specific phosphodiesterase (PDE4D3) is activated in rat thyroid cells by TSH through a cAMP-dependent phosphorylation (Sette, C., Iona, S., and Conti, M. (1994) J. Biol. Chem. 269, 9245-9252). This short term activation may be involved in the termination of the hormonal stimulation and/or in the induction of desensitization. Here, we have further characterized the protein kinase A (PKA)-dependent phosphorylation of this PDE4D3 variant and identified the phosphorylation site involved in the PDE activation. The PKA-dependent incorporation of phosphate in the partially purified, recombinant rat PDE4D3 followed a time course similar to that of activation. Half-maximal activation of the enzyme was obtained with 0.6 µM ATP and 30 nM of the catalytic subunit of PKA. Phosphorylation altered the V_max of the PDE without affecting the K_m for cAMP. Phosphorylation also modified the Mg²⁺ requirements and the pattern of inhibition by rolipram. Cyanogen bromide cleavage of the ³²P-labeled rat PDE4D3 yielded two or three major phosphopeptide bands, providing a first indication that the enzyme may be phosphorylated at multiple sites in a cell-free system. Site-directed mutagenesis was performed on the serine residues present at the amino terminus of this PDE in the context of preferred motifs for PKA phosphorylation. The PKA-dependent incorporation of ³²P was reduced to the largest extent in mutants with both Ser¹³→ Ala and Ser⁵⁴→ Ala substitutions, confirming the presence of more than one phosphorylation site in rat PDE4D3. While substitution of serine 13 with alanine did not affect the activation by PKA, substitution of Ser⁵⁴ completely suppressed the kinase activation. Similar conclusions were reached with wild type and mutated PDE4D3 proteins expressed in MA-10 cells, where the endogenous PKA was activated by dibutyryl cAMP. Again, the PDE with the Ser⁵⁴→ Ala substitution could not be activated by the endogenous PKA in the intact cell. These findings support the hypothesis that the PDE4D3 variant contains a regulatory domain target for phosphorylation at the amino terminus of the protein and that Ser⁵⁴ in this domain plays a crucial role in activation.

The RNA-binding protein Sam68 is involved in apoptosis, but its cellular mRNA targets and its mechanism of action remain unknown. We demonstrate that Sam68 binds the mRNA for Bcl-x and affects its alternative splicing. Depletion of Sam68 by RNA interference caused accumulation of antiapoptotic Bcl-x(L), whereas its up-regulation increased the levels of proapoptotic Bcl-x(s). Tyrosine phosphorylation of Sam68 by Fyn inverted this effect and favored the Bcl-x(L) splice site selection. A point mutation in the RNA-binding domain of Sam68 influenced its splicing activity and subnuclear localization. Moreover, coexpression of ASF/SF2 with Sam68, or fusion with an RS domain, counteracted Sam68 splicing activity toward Bcl-x. Finally, Sam68 interacted with heterogenous nuclear RNP (hnRNP) A1, and depletion of hnRNP A1 or mutations that impair this interaction attenuated Bcl-x(s) splicing. Our results indicate that Sam68 plays a role in the regulation of Bcl-x alternative splicing and that tyrosine phosphorylation of Sam68 by Src-like kinases can switch its role from proapoptotic to antiapoptotic in live cells.

Oocyte maturation, fertilization, and early embryonic development occur in the absence of gene transcription. Therefore, it is critical to understand at a global level the post-transcriptional events that are driving these transitions. Here we used a systems approach by combining polysome mRNA profiling and bioinformatics to identify RNA-binding motifs in mRNAs that either enter or exit the polysome pool during mouse oocyte maturation. Association of mRNA with the polysomes correlates with active translation. Using this strategy, we identified highly specific patterns of mRNA recruitment to the polysomes that are synchronized with the cell cycle. A large number of the mRNAs recovered with translating ribosomes contain motifs for the RNA-binding proteins DAZL (deleted in azoospermia-like) and CPEB (cytoplasmic polyadenylation element-binding protein). Although a Dazl role in early germ cell development is well established, no function has been described during oocyte-to-embryo transition. We demonstrate that CPEB1 regulates Dazl post-transcriptionally, and that DAZL is essential for meiotic maturation and embryonic cleavage. In the absence of DAZL synthesis, the meiotic spindle fails to form due to disorganization of meiotic microtubules. Therefore, Cpeb1 and Dazl function in a progressive, self-reinforcing pathway to promote oocyte maturation and early embryonic development.

SUMMARY Striated muscle is a highly organized structure composed by well-defined anatomical domains with integrated but distinct assignments. So far, the lack of a direct correlation between tissue architecture and gene expression has limited our understanding of how each unit responds to physio-pathologic contexts. Here, we show how the combined use of spatially resolved transcriptomics and immunofluorescence can bridge this gap by enabling the unbiased identification of such domains and the characterization of their response to external perturbations. Using a spatiotemporal analysis, we followed the changes in the transcriptomics profile of specific domains in muscle in a model of denervation. Furthermore, our approach allowed us to identify the spatial distribution and nerve dependence of atrophic signalling pathway and polyamine metabolism to glycolytic fibers. Indeed, we demonstrate a pronounced alteration of polyamine homeostasis upon denervation. Our dataset will serve as a resource for future studies of the mechanisms underlying skeletal muscle homeostasis and innervation. Graphical Abstract

ABSTRACT Down syndrome (DS) is the most common condition with intellectual disability and is caused by trisomy of Homo sapiens chromosome 21 (HSA21). The increased dosage of genes on HSA21 is the cause for the initial neurodevelopmental disorder and for further development of cognitive decline, however the molecular mechanisms promoting brain pathology along ageing are still missing. One of the major challenges in the study of DS is the lack of reliable murine model able to accurately replicate genotypic and phenotypic aspects observed in humans along ageing. Preclinical studies in DS were pioneered using the Ts65Dn murine model, which despite its genetic limitations, has been extremely helpful in characterising the progression of brain degeneration. The novel Ts66Yah model represents an evolution of the Ts65Dn, with phenotypes only induced by trisomic HSA21 homologous genes, closer to human DS condition. In this study, we confirmed the behavioural features of Ts66Yah mice with improvement in the detection of spatial memory defects and also a new anxiety-related phenotype. The molecular characterisation of Ts66Yah demonstrated the aberrant regulation of redox balance, proteostasis, stress response, metabolic pathways, programmed cell death and synaptic plasticity. Intriguingly, the genotype-related alterations of those pathways occur early promoting the alteration of brain development and the onset of a condition of premature aging. Overall, data collected in Ts66Yah provide novel and consolidated insights, devoid of genome bias, concerning trisomy-driven processes that contribute to brain pathology in conjunction with aging. This, in turn, aids in bridging the existing gap in comprehending the intricate nature of DS phenotypes.