Abstract Background The Ccr4-Not complex is most well known as the major eukaryotic deadenylase. However, several studies have uncovered roles of the complex, in particular of the Not subunits, unrelated to deadenylation and relevant for translation. In particular, the existence of Not condensates that regulate translation elongation dynamics have been reported. Typical studies that evaluate translation efficiency rely on soluble extracts obtained after disruption of cells and ribosome profiling. Yet cellular mRNAs in condensates can be actively translated and may not be present in such extracts. Results In this work, by analyzing soluble and insoluble mRNA decay intermediates in yeast, we determine that insoluble mRNAs are enriched for ribosomes dwelling at non-optimal codons compared to soluble mRNAs. mRNA decay is higher for soluble RNAs, but the proportion of co-translational degradation relative to the overall mRNA decay is higher for insoluble mRNAs. We show that depletion of Not1 and Not4 inversely impact mRNA solubilities and, for soluble mRNAs, ribosome dwelling according to codon optimality. Depletion of Not4 solubilizes mRNAs with lower non-optimal codon content and higher expression that are rendered insoluble by Not1 depletion. By contrast, depletion of Not1 solubilizes mitochondrial mRNAs, which are rendered insoluble upon Not4 depletion. Conclusion Our results reveal that mRNA solubility defines dynamics of co-translation events and is oppositely regulated by Not1 and Not4, a mechanism that we additionally determine may already be set by Not1 promoter association in the nucleus.

Not4 and Not5 are crucial components of the Ccr4-Not complex with pivotal functions in mRNA metabolism. Both associate with ribosomes but mechanistic insights on their function remain elusive. Here we determine that Not5 and Not4 synchronously impact translation initiation and Not5 alone alters translation elongation. Deletion of Not5 causes elongation defects in a codon-dependent fashion, increasing and decreasing the ribosome dwelling occupancy at minor and major codons, respectively. This larger difference in codons translation velocities alters translation globally and enables kinetically unfavorable processes such as nascent chain deubiquitination to take place. In turn, this leads to abortive translation and favors protein aggregation. These findings highlight the global impact of Not4 and Not5 in controlling the speed of mRNA translation and transition from initiation to elongation.

Neuroblastoma is a highly lethal childhood tumor derived from differentiation-arrested neural crest cells. Like all cancers, its growth is fueled by metabolites obtained from either circulation or local biosynthesis. Neuroblastomas depend on local polyamine biosynthesis, with the inhibitor difluoromethylornithine showing clinical activity. Here we show that such inhibition can be augmented by dietary restriction of upstream amino acid substrates, leading to disruption of oncogenic protein translation, tumor differentiation, and profound survival gains in the TH-MYCN mouse model. Specifically, an arginine/proline-free diet decreases the polyamine precursor ornithine and augments tumor polyamine depletion by difluoromethylornithine. This polyamine depletion causes ribosome stalling, unexpectedly specifically at adenosine-ending codons. Such codons are selectively enriched in cell cycle genes and low in neuronal differentiation genes. Thus, impaired translation of these codons, induced by the diet-drug combination, favors a pro-differentiation proteome. These results suggest that the genes of specific cellular programs have evolved hallmark codon usage preferences that enable coherent translational rewiring in response to metabolic stresses, and that this process can be targeted to activate differentiation of pediatric cancers.

Abstract The Ccr4-Not complex is a conserved multi protein complex with diverse roles in the mRNA life cycle. Recently we determined that the Not1 and Not4 subunits of Ccr4-Not inversely regulate mRNA solubility and thereby impact dynamics of co-translation events. One mRNA whose solubility is limited by Not4 is MMF1 encoding a mitochondrial matrix protein. In this work we determine that Not4 promotes the co-translational docking of MMF1 mRNA to mitochondria via the mitochondrial targeting sequence of the Mmf1 nascent chain, the Egd1 chaperone, the Om14 mitochondrial outer membrane protein and the co-translational import machinery. We observe that MMF1 mRNA is translated with ribosome pausing and uncover a mechanism that depends upon its targeting to the mitochondria and limits its overexpression. We have named this mechanism Mito-ENCay. It relies on E gd1 ubiquitination by N ot4, the C af130 subunit of the Ccr4-Not complex, the mitochondrial outer membrane protein C is1, No-Go-Dec ay as well as autophag y . We propose that in fermenting yeast, mRNAs whose encoded proteins depend upon co-translational folding and/or assembly are regulated by Caf130-dependent quality control mechanisms similar to Mito-ENCay.

Cells are exposed to a wide variety of internal and external stresses. Whereas many studies have focused on cellular responses to acute and severe stresses, little is known about how cellular systems adapt to sublethal chronic stresses. Using mammalian cells in culture, we discovered that they adapt to chronic mild stresses of up to two weeks, notably proteotoxic stresses such as heat, by increasing their size and translation, thereby scaling the amount of total protein. These adaptations render them more resilient to persistent and subsequent stresses. We demonstrate that Hsf1, well known for its role in acute stress responses, is required for the cell size increase, and that the molecular chaperone Hsp90 is essential for coupling the cell size increase to augmented translation. We term this translational reprogramming the "rewiring stress response", and propose that this protective process of chronic stress adaptation contributes to the increase in size as cells get older, and that its failure promotes aging.