Abstract Joubert Syndrome (JBTS) is a neurodevelopmental ciliopathy defined by a highly specific midbrain-hindbrain malformation, variably associated with additional neurological features. JBTS displays prominent genetic heterogeneity with >40 causative genes that encode proteins localising to the primary cilium, a sensory organelle that is essential for transduction of signalling pathways during neurodevelopment, among other vital functions. JBTS proteins localise to distinct ciliary subcompartments, suggesting diverse functions in cilium biology. Currently, there is no unifying pathomechanism to explain how dysfunction of such diverse primary cilia-related proteins results in such a highly specific brain abnormality. In order to identify the shared consequence of JBTS gene dysfunction, we carried out transcriptomic analysis using zebrafish mutants for the JBTS-causative genes cc2d2a uw38 , cep290 fh297 , inpp5e zh506 , talpid3 i264 and togaram1 zh510 and the Bardet-Biedl syndrome-causative gene bbs1 k742 . We identified no commonly dysregulated signalling pathways in these mutants and yet all mutants displayed an enrichment of altered gene sets related to central nervous system function. We found that JBTS mutants have altered primary cilia throughout the brain, however do not display abnormal brain morphology. Nonetheless, behavioural analyses revealed reduced locomotion and loss of postural control which, together with the transcriptomic results, hint at underlying abnormalities in neuronal activity and/or neuronal circuit function. These zebrafish models therefore offer the unique opportunity to study the role of primary cilia in neuronal function beyond early patterning, proliferation and differentiation. Summary Statement Joubert Syndrome gene dysfunction in zebrafish leads to abnormal brain cilia, altered transcription of neuron-associated genes and abnormal swimming behaviour despite normal brain morphology.

Abstract Vitamin B12 is an essential nutritional co-factor for the folate and methionine cycles, which together constitute the one-carbon metabolism. Here, we show that dietary uptake of vitamin B12 modulates cell fate decisions controlled by the conserved RAS/MAPK signaling pathway in C. elegans . A bacterial diet rich in vitamin B12 increases vulval induction, germ cell apoptosis and oocyte differentiation. These effects are mediated by different one-carbon metabolites in a tissue-specific manner. Vitamin B12 enhances via the choline/phosphatidylcholine metabolism vulval induction by down-regulating fat biosynthesis genes and increasing H3K4 tri-methylation, which results in increased expression of RAS/MAPK target genes. Furthermore, the nucleotide metabolism and H3K4 tri-methylation positively regulate germ cell apoptosis and oocyte production. Using mammalian cells carrying different activated KRAS and BRAF alleles, we show that the effects of methionine on RAS/MAPK-regulated phenotype are conserved in mammals. Our findings suggest that the vitamin B12-dependent one-carbon metabolism is a limiting factor for diverse RAS/MAPK-induced cellular responses.

Abstract The sumoylation (SUMO) pathway is involved in a variety of processes during C. elegans development, such as gonadal and vulval fate specification, cell cycle progression and maintenance of chromosome structure. The ubiquitous expression of the sumoylation machinery and its involvement in many essential processes has made it difficult to dissect the tissue-specific roles of protein sumoylation and identify the specific target proteins. To overcome these challenges, we have established tools to block protein sumoylation and degrade sumoylated target proteins in a tissue-specific and temporally controlled manner. We employed the auxin-inducible protein degradation system (AID) to down-regulate AID-tagged SUMO E3 ligase GEI-17 or the SUMO ortholog SMO-1, either in the vulval precursor cells (VPCs) or in the gonadal anchor cell (AC). Tissue-specific inhibition of GEI-17 and SMO-1 revealed diverse roles of the SUMO pathway during vulval development, such as AC positioning, basement membrane (BM) breaching, vulval cell fate specification and epithelial morphogenesis. Inhibition of sumoylation in the VPCs resulted in an abnormal shape of the vulval toroids and ectopic cell fusions. Sumoylation of the ETS transcription factor LIN-1 at K169 mediates a subset of these SUMO functions, especially the proper contraction of the ventral vulA toroids. Thus, the SUMO pathway plays diverse roles throughout vulval development.