ABSTRACT Mammalian Pumilio (PUM) proteins are sequence-specific, RNA-binding proteins with wide-ranging roles, including germ cell development that has functional implications in fertility. Although human PUM1 and PUM2 are closely related to each other and recognize the same RNA binding motif, there is some evidence for functional diversity, particularly related to their roles in fertility. Here, by RNA sequencing (RNA-Seq) approaches, we identified separate mRNA pools regulated by PUM1 and PUM2 proteins in human male germ cells. Using global mass spectrometry-based profiling, we identified distinct PUM1- and PUM2-bound putative protein cofactors, most of them involved in RNA processing. Combinatorial analysis of RNA-Seq and mass spectrometry findings revealed that PUM1 and PUM2 may form distinct RNA-regulatory networks, with different roles in human reproduction and testicular tumorigenesis. Our findings highlight the functional divergence and versatility of PUM paralogue-based post-transcriptional regulation, offering insight into the mechanisms underlying their diverse biological roles and diseases resulting from their dysfunction.

RNA-binding proteins (RBPs) control and coordinate each stage in the life cycle of RNAs. Although in vivo binding sites of RBPs can now be determined genome-wide, most studies typically focused on individual RBPs. Here, we examined a large compendium of 114 high-quality transcriptome-wide in vivo RBP-RNA cross-linking interaction datasets generated by the same protocol in the same cell line and representing 64 distinct RBPs. Comparative analysis of categories of target RNA binding preference, sequence preference, and transcript region specificity was performed, and identified potential posttranscriptional regulatory modules, i.e. specific combinations of RBPs that bind to specific sets of RNAs and targeted regions. These regulatory modules encoded functionally related proteins and exhibited distinct differences in RNA metabolism, expression variance, as well as subcellular localization. This integrative investigation of experimental RBP-RNA interaction evidence and RBP regulatory function in a human cell line will be a valuable resource for understanding the complexity of post-transcriptional regulation.

Regulation of proliferation, apoptosis and cell cycle is crucial for the physiology of germ cells. Their malfunction contributes to infertility and germ cell tumours. Kinesin KIF18A is an important germ cell specific regulator which downregulates apoptosis while promoting cell proliferation in animal models. Whereas regulation of KIF18A expression was studied at the transcriptional level, its posttranscriptional regulation has not been extensively explored. Due to the presence of two PUM Binding Elements (PBEs) within 3'UTR, KIF18A mRNA is a potential target of PUMs, well known RNA-binding proteins involved in posttranscriptional gene regulation (PTGR). We investigated that possibility in TCam-2 cells originating from seminoma, representing human male germ cells. We conducted RNA co-immunoprecipitation combined with RT-qPCR, as well as luciferase reporter assay by applying appropriate luciferase construct encoding the wild type KIF18A 3'UTR, upon PUM1 and PUM2 overexpression or knockdown. We found that KIF18A is repressed by PUM1 and PUM2. To study how this regulation influences KIF18A function in TCam-2 cells, MTS proliferation assay, apoptosis and cell cycle, analysis using flow cytometry was performed upon KIF18A siRNA knockdown. We uncovered that KIF18A significantly influences proliferation, apoptosis and cell cycle, these effects being opposite to PUM effects in TCam-2 cells. We propose that repression by PUM proteins may represent one of mechanisms influencing KIF18A level in controlling proliferation, cell cycle and apoptosis in TCam-2 cells. To the best of our knowledge, this paper identifies the first mammalian functionally germ cell specific gene that is regulated by Pum proteins via 3'UTR.

Background: While Nanos-mediated maintenance of germ cells in Drosophila and mice has been related to regulation of apoptosis, the relevance of these findings to human physiology is uncertain. Previously we have described the p.[(Pro34Thr);(Ser83del)] double NANOS1 mutation as associated with an absence of germ cells in the testes of infertile patients. The aim of this study was to identify the mechanism underlying infertility phenotype of patients bearing the NANOS1 mutation. Methods: Constructs encoding a wild-type or mutated NANOS1 protein were used for transfection of TCam-2 cell line, representing male germ cells in culture. Influence of this mutation on cell proliferation was performed using MTS assay while apoptosis and cell cycle were measured by flow cytometry. RNA-Seq analysis including quantitative RT-PCR was conducted for selecting pro-apoptotic genes, repressed by the wild-type NANOS1. Influence of the p.[(Pro34Thr);(Ser83del)] NANOS1 mutation on that repression was investigated by quantitative RT-PCR. Results: We show here that the p.[(Pro34Thr);(Ser83del)] double NANOS1 mutation causes NANOS1 to functionally switch from being anti-apoptotic to pro-apoptotic in the human male germ cell line TCam-2. This mutation disrupts repression of mRNAs encoding pro-apoptotic GADG45A, GADD45B, GADD45G and RHOB factors, which could contribute to an increase in apoptosis. Conclusions: This report underscores the conservation of Nanos from flies to humans as a repressor of pro-apoptotic mRNAs in germ cells, and provides a basis for understanding NANOS1 functions in human reproductive health.

Nonsense variants underlie many genetic diseases. The phenotypic impact of nonsense variants is determined by Nonsense-mediated mRNA decay (NMD), which degrades transcripts with premature termination codons (PTCs). NMD activity varies across transcripts and cellular contexts via poorly understood mechanisms. Here, by leveraging human genetic datasets, we uncover that the amino acid preceding the PTC dramatically affects NMD activity in human cells. We find that glycine codons in particular support high levels of NMD and are enriched before PTCs but depleted before normal termination codons (NTCs). Gly-PTC enrichment is most pronounced in human genes that tolerate loss-of-function variants. This suggests a strong biological impact for Gly-PTC in ensuring robust elimination of potentially toxic truncated proteins from non-essential genes. Biochemical assays revealed that the peptide release rate during translation termination is highly dependent on the identity of the amino acid preceding the stop codon. This release rate is the most critical feature determining NMD activity across our massively parallel reporter assays. Together, we conclude that NMD activity is significantly modulated by the "window of opportunity" offered by translation termination kinetics. Integrating the window of opportunity model with the existing framework of NMD would enable more accurate nonsense variant interpretation in the clinic.

Glioblastoma (GBM) is the most aggressive and lethal type of glioma, characterized by aberrant expression of non-coding RNAs including circular RNAs (circRNAs). They might impact cellular processes by interacting with other molecules - like microRNAs or RNA-binding proteins (RBPs). The diagnostic value of circRNAs and circRNAs/RBPs complexes is still largely unknown. To explore circRNAs and RBPs transcripts expression in GBM, we performed and further analyzed RNA-seq data from GBM patients primary and recurrent tumor samples. We identified circRNAs differentially expressed in primary tumors, the circRNA progression markers in recurrent GBM samples as well as the expression profile of RBP transcripts. Subsequent analysis allowed us to generate a comprehensive catalog of circRNA-RBP interactions regarding both the RBPs sequestration by circRNA as well as the RBPs involvement in circRNA biogenesis. Furthermore, we demonstrated the clinical potential of circRNAs and RBPs in GBM and proposed them as the stratification markers in the de novo assembled tumor subtypes. Therefore, our transcriptome-wide study specified circRNA-RBP interactions that could play a significant regulatory role in gliomagenesis and GBM progression.

ABSTRACT RNA binding proteins (RBPs) are key regulators of gene expression. Small molecules targeting these RBP-RNA interactions are a rapidly emerging class of therapeutics for treating a variety of diseases. Ro-08-2750 (Ro) is a small molecule inhibitor identified as a competitive inhibitor of Musashi(MSI)-RNA interactions. Here we show Ro potently inhibits adrenocortical steroidogenesis and viability independent of MSI2 in multiple cell lines. We identified Ro-interacting proteins using an unbiased proteome-wide approach and discovered it is broadly targeting RBPs. To confirm this finding, we leveraged the large-scale ENCODE data and found a subset of RBPs whose depletion phenocopies Ro inhibition. We conclude that Ro is a promiscuous inhibitor of multiple RBPs, many containing RRM1 domains. Moreover, we provide a general framework for validating the specificity and identifying targets of RBP inhibitors in a cellular context.

Abstract Background The functions of RNA molecules are mainly determined by their secondary structures. These functions can also be predicted using bioinformatic tools that enable the alignment of multiple RNAs to determine functional domains and/or classify RNA molecules into RNA families. However, the existing multiple RNA alignment tools, which use structural information, are slow in aligning long molecules and/or a large number of molecules. Therefore, a more rapid tool for multiple RNA alignment may improve the classification of known RNAs and help to reveal the functions of newly discovered RNAs. Results Here, we introduce an extremely fast Python-based tool called RNAlign2D. It converts RNA sequences to pseudo-amino acid sequences, which incorporate structural information, and uses a customizable scoring matrix to align these RNA molecules via the multiple protein sequence alignment tool MUSCLE. Conclusions RNAlign2D produces accurate RNA alignments in a very short time. The pseudo-amino acid substitution matrix approach utilized in RNAlign2D is applicable for virtually all protein aligners.

The poly(A) signal, together with auxiliary elements, directs cleavage of a pre-mRNA and thus determines the 3' end of the mature transcript. In many species, including humans, the poly(A) signal is an AAUAAA hexamer, but we recently found that the deeply branching eukaryote Giardia lamblia uses a distinct hexamer (AGURAA) and lacks any known auxiliary elements. Our discovery prompted us to explore the evolutionary dynamics of poly(A) signals and auxiliary elements in the eukaryotic kingdom. We used direct RNA sequencing to determine poly(A) signals for four protists within the Metamonada clade (which also contains Giardia lamblia ) and two outgroup protists. These experiments revealed that the AAUAAA hexamer serves as the poly(A) signal in at least four different eukaryotic clades, indicating that it is likely the ancestral signal, whereas the unusual Giardia version is derived. We found that the use and relative strengths of auxiliary elements are also surprisingly plastic; in fact, within Metamonada, species like Giardia lamblia make use of a previously unrecognized auxiliary element where nucleotides flanking the poly(A) signal itself specify genuine cleavage sites. Thus, despite the fundamental nature of pre-mRNA cleavage for the expression of all protein-coding genes, the motifs controlling this process are dynamic on evolutionary timescales, providing motivation for future biochemical and structural studies as well as new therapeutic angles to target eukaryotic pathogens.

Signaling through the platelet-derived growth factor receptor alpha (PDGFRa) plays a critical role in craniofacial development, as mutations in