To initiate studies on how protein-protein interaction (or “interactome”) networks relate to multicellular functions, we have mapped a large fraction of the Caenorhabditis elegans interactome network. Starting with a subset of metazoan-specific proteins, more than 4000 interactions were identified from high-throughput, yeast two-hybrid (HT=Y2H) screens. Independent coaffinity purification assays experimentally validated the overall quality of this Y2H data set. Together with already described Y2H interactions and interologs predicted in silico , the current version of the Worm Interactome (WI5) map contains ∼5500 interactions. Topological and biological features of this interactome network, as well as its integration with phenome and transcriptome data sets, lead to numerous biological hypotheses.

An analysis of protein-protein interactions in Arabidopsis identifies the plant interactome.

Abstract Auxin-inducible degradation (AID) is a powerful tool for the targeted degradation of proteins with spatiotemporal control. One limitation of the AID system is that not all proteins are degraded efficiently. Here, we demonstrate that an alternative degron sequence, termed mIAA7, improves the efficiency of degradation in C. elegans , as previously reported in human cells. We tested depletion of a series of proteins with various sub-cellular localizations in different tissue types and found that the use of the mIAA7 degron resulted in faster depletion kinetics for five out of six proteins tested. The exception was the nuclear protein HIS-72, which was depleted with similar efficiency as with the conventional AID* degron sequence. The mIAA7 degron also increased the leaky degradation for two of the tested proteins. To overcome this problem, we combined the mIAA7 degron with the C. elegans AID2 system ( C . e .AID2), which resulted in complete protein depletion without detectable leaky degradation. Finally, we show that degradation of ERM-1, a highly stable protein that is challenging to deplete, could be improved further by using multiple mIAA7 degrons. Taken together, the mIAA7 degron further increases the power and applicability of the AID system. To facilitate the generation of mIAA7-tagged proteins using CRISPR/Cas9 genome engineering, we generated a toolkit of plasmids for the generation of dsDNA repair templates by PCR.

Abstract The cortical polarity regulators PAR-6, PKC-3 and PAR-3 are essential for the polarization of a broad variety of cell types in multicellular animals, from the first asymmetric division of the C. elegans zygote to apical–basal polarization of epithelial cells. In C. elegans , the roles of the PAR proteins in embryonic development have been extensively studied, yet little is known about their functions during larval development. Using auxin-inducible protein depletion, we here show that PAR-6 and PKC-3, but not PAR-3, are essential for postembryonic development. We also demonstrate that PAR-6 and PKC-3 are required in the epidermal epithelium to support animal growth and molting, and the proper timing and pattern of seam cell divisions. Finally, we uncovered a novel role for PAR-6 in controlling the organization of non-centrosomal microtubule arrays in the epidermis. PAR-6 was required for the localization of the microtubule organizer NOCA-1/Ninein, and microtubule defects in a noca-1 mutant are highly similar to those caused by epidermal PAR-6 depletion. As NOCA-1 physically interacts with PAR-6, we propose that PAR-6 promotes non-centrosomal microtubule organization through localization of NOCA-1/Ninein. Summary Using inducible protein degradation, we show that PAR-6 and PKC-3/aPKC are essential for postembryonic development of C. elegans and control the organization of non-centrosomal microtubule bundles in the epidermis, likely through recruitment of NOCA-1/Ninein.

Abstract Epithelial tubes are essential components of metazoan organ systems that control the flow of fluids and the exchange of materials between body compartments and the outside environment. The size and shape of the central lumen confer important characteristics to tubular organs and need to be carefully controlled. Here, we identify the small coiled-coil protein BBLN-1 as a regulator of lumen morphology in the C. elegans intestine. Loss of BBLN-1 causes the formation of bubble-shaped invaginations of the apical membrane into the cytoplasm of intestinal cells, and abnormal aggregation of the subapical intermediate filament (IF) network. BBLN-1 interacts with IF proteins and localizes to the IF network in an IF-dependent manner. The appearance of invaginations is a result of the abnormal IF aggregation, indicating a direct role for the IF network in maintaining lumen homeostasis. Finally, we identify bublin (BBLN) as the mammalian ortholog of BBLN-1. When expressed in the C. elegans intestine, bublin recapitulates the localization pattern of BBLN-1 and can compensate for the loss of BBLN-1. In mouse intestinal organoids, bublin localizes subapically, together with the IF protein keratin 8. Our results therefore may have implications for understanding the role of IFs in regulating epithelial tube morphology in mammals. Summary We identify BBLN-1 as an evolutionary conserved regulator of lumen morphology in the C. elegans intestine. Loss of bbln-1 causes intermediate filament network reorganization that induces severe apical morphology defects. We also identify bublin (BBLN) as the mammalian ortholog, which can compensate for the loss of BBLN-1 in C. elegans .

Abstract ULP-2 is a conserved SUMO protease required for embryonic development in C. elegans . Here we revealed that ULP-2 controls germline development by regulating the PHD-SET domain protein, SET-26. Specifically, the ulp-2 mutant hermaphrodites exhibit increased sterility and progressive elevation in global protein sumoylation. In the progeny of homozygous animals, meiosis is arrested at the diplotene stage and the cells in the proximal germline acquire a somatic fate. Germline RNAseq analysis revealed the downregulation of numerous germline genes, whereas somatic gene expression is upregulated in ulp-2 mutant gonads. To determine the key factors that are regulated by ULP-2, we performed a yeast two-hybrid screen and identified the H3K4me3 reader, SET-26. Genetic interaction was observed in double mutant ulp-2 ; set-26 resulting in enhanced sterility phenotype to complete sterility in the first generation of homozygous offspring. Consistently, SET-26 is sumoylated and its sumoylation levels are regulated by ULP-2. Moreover, we detected reduction in H3K4me3 levels bound to SET-26 in the ulp-2 mutant background. A comparative proteomics screen between WT and ulp-2 loss of activity identified the predicted methyltransferase SET-27 as a ULP-2-dependent SET-26-associated protein. SET-27 knockout genetically interacts with ULP-2 in the germline, but not with SET-26. Taken together, we revealed a ULP-2/SET-26 axis which is required for the maintenance and regulation of germline development.

Plant pathogenic bacteria, fungi and oomycetes secrete effector proteins to manipulate host cell processes to establish a successful infection. Over the last decade the genomes and transcriptomes of many agriculturally important plant pathogens have been sequenced and vast candidate effector repertoires were identified using bioinformatic analyses. Elucidating the contribution of individual effectors to pathogenicity is the next major hurdle. To advance our understanding of the molecular mechanisms underlying lettuce susceptibility to the downy mildew Bremia lactucae, we mapped a network of physical interactions between B. lactucae effectors and lettuce target proteins. Using a lettuce cDNA library-based yeast-two-hybrid system, 61 protein-protein interactions were identified, involving 21 B. lactucae effectors and 46 unique lettuce proteins. The top ten targets based on the number of independent colonies identified in the Y2H and two targets that belong to gene families involved in plant immunity, were further characterized. We determined the subcellular localization of the fluorescently tagged target proteins and their interacting effectors. Importantly, relocalization of effectors or targets to the nucleus was observed for four effector-target pairs upon their co-expression, supporting their interaction in planta .

Abstract Intermediate filaments (IFs) are major components of the metazoan cytoskeleton. A long-standing debate concerns the question whether IF network organization only reflects or also determines cell and tissue function. Using C. elegans , we have recently described mutants of the MAPK SMA-5, which perturb the organization of the intestinal IF cytoskeleton resulting in luminal widening and cytoplasmic invaginations. Besides these structural phenotypes, systemic dysfunctions were also observed. We now identify the IF polypeptide IFB-2 as a highly efficient suppressor of both the structural and functional deficiencies by removing the aberrant IF network. Mechanistically, IF network morphogenesis is linked to the phosphorylated IFB-2 aminoterminus. The rescuing capability is IF isotype-specific and not restricted to SMA-5 mutants but extends to other regulators of IF network morphogenesis, i.e. the cytoskeletal linker IFO-1 and the IF-associated protein BBLN1. The findings provide strong evidence for a gain-of-toxic function of the deranged IF networks with implications for diseases that are characterized by altered IF network organization.