The apical hook of dark-grown Arabidopsis seedlings is a simple structure that develops soon after germination to protect the meristem tissues during emergence through the soil and that opens upon exposure to light. Differential growth at the apical hook proceeds in three sequential steps that are regulated by multiple hormones, principally auxin and ethylene. We show that the progress of the apical hook through these developmental phases depends on the dynamic, asymmetric distribution of auxin, which is regulated by auxin efflux carriers of the PIN family. Several PIN proteins exhibited specific, partially overlapping spatial and temporal expression patterns, and their subcellular localization suggested auxin fluxes during hook development. Genetic manipulation of individual PIN activities interfered with different stages of hook development, implying that specific combinations of PIN genes are required for progress of the apical hook through the developmental phases. Furthermore, ethylene might modulate apical hook development by prolonging the formation phase and strongly suppressing the maintenance phase. This ethylene effect is in part mediated by regulation of PIN-dependent auxin efflux and auxin signaling.

Summary A recent ground-breaking study suggested that small RNA from mammalian cells can undergo N-glycan modifications (termed glycoRNA) 1 . The discovery relied upon a metabolic glycan labeling strategy in combination with commonly used phase-separation-based RNA isolation. Following the reported procedure, we likewise identified an N-glycosylated species in the RNA fraction. However, our results suggest that the reported RNase sensitivity of the glycosylated species depends on the specific RNA purification method. This suggests the possibility of co-purifying unexpected RNase-insensitive N-glycoconjugates during glycoRNA isolation, hinting at the complex biochemical nature of glycoRNA. Our study underscores the need for further research to elucidate the structural and biochemical properties of glycoRNA.

Abstract The ubiquitin proteasomal system is a critical regulator of muscle physiology and impaired UPS is key in many muscle pathologies. Yet, little is known about the function of deubiquitinating enzymes (DUBs) in the muscle cell context. We performed a genetic screenThe ubiquitin proteasomal system is a critical regulator of muscle physiology and impaired UPS is key in many muscle pathologies. Yet, little is known about the function of deubiquitinating enzymes (DUBs) in the muscle cell context. We performed a genetic screening to identify DUBs as potential regulators of muscle cell differentiation. Surprisingly, we observed that the depletion of ubiquitin-specific protease 18 (USP18) affected the differentiation of muscle cells. USP18 depletion first stimulated differentiation initiation. Later, during differentiation, the absence of USP18 expression abrogated myotube maintenance. USP18 enzymatic function typically attenuates the immune response by removing interferon-stimulated gene 15 (ISG15) from protein substrates. However, in muscle cells, we found that USP18 regulates differentiation independent of ISG15 and the ISG response. Exploring the pattern of RNA expression profiles and protein networks whose levels depend on USP18 expression, we found that differentiation initiation was concomitant with reduced expression of the cell-cycle gene network and altered expression of myogenic transcription (co) factors. We show that USP18 depletion altered the calcium channel gene network, resulting in reduced calcium flux in myotubes. Additionally, we show that reduced expression of sarcomeric proteins in the USP18 proteome was consistent with reduced contractile force in an engineered muscle model. Our results revealed nuclear USP18 as a critical regulator of differentiation initiation and maintenance, independent of its role in the ISG response. to identify DUBs as potential regulators of muscle cell differentiation. Surprisingly, we observed that the depletion of ubiquitin-specific protease 18 (USP18) affected the differentiation of muscle cells. USP18 depletion first stimulated differentiation initiation. Later, during differentiation, the absence of USP18 expression abrogated myotube maintenance. USP18 enzymatic function typically attenuates the immune response by removing interferon-stimulated gene 15 (ISG15) from protein substrates. However, in muscle cells, we found that USP18 regulates differentiation independent of ISG15 and the ISG response. Exploring the pattern of RNA expression profiles and protein networks whose levels depend on USP18 expression, we found that differentiation initiation was concomitant with reduced expression of the cell-cycle gene network and altered expression of myogenic transcription (co) factors. We show that USP18 depletion altered the calcium channel gene network, resulting in reduced calcium flux in myotubes. Additionally, we show that reduced expression of sarcomeric proteins in the USP18 proteome was consistent with reduced contractile force in an engineered muscle model. Our results revealed nuclear USP18 as a critical regulator of differentiation initiation and maintenance, independent of its role in the ISG response.

Skeletal muscle function is inferred from the spatial arrangement of myofiber architecture and the molecular and metabolic features of myofibers. Features of myofiber types can be distinguished by the expression of myosin heavy chain (MyHC) isoforms, indicating contraction properties. In most studies, a local sampling, typically obtained from the median part of the muscle, is used to represent the whole muscle. It remains largely unknown to what extent this local sampling represents the entire muscle. Here we studied myofiber architecture over the entire wild type mouse tibialis anterior muscle, using a high-throughput procedure combining automatic imaging and image processing analyses. We reconstructed myofiber architecture from consecutive cross-sections stained for laminin and MyHC isoforms. The data showed a marked variation in myofiber geometric features, as well as MyHC expression and the distribution of neuromuscular junctions, and suggest that muscle regions with distinct properties can be defined along the entire muscle. We show that in these muscle regions myofiber geometric properties align with biological function and propose that future studies on muscle alterations in pathological or physiological conditions should consider the entire muscle.

Abstract Recent discoveries have shown the presence of RNA molecules on the cell surface, defying the traditional view that RNA only functions intracellularly. However, it is not well understood how cell-surface RNA (csRNA) is stably present on the plasma membrane and what functions it performs on the cell surface. By exploiting the RNA-sensing ability of TLR7 as a specific recombinant probe to detect csRNA and coupling it with a genome-wide CRISPR-Cas9-knockout screening to identify genes essential for csRNA presentation on cells, we identified heparan sulfate (HS) as a crucial factor for RNA presentation on cells. Using the TLR7 binding probe, cell surface proximity labelling revealed that csRNA associates mechanistically with a plethora of RNA-binding proteins, and these interactions are crucial for csRNA presentation. Moreover, csRNA modulates receptor-ligand interactions between poliovirus receptor (PVR) and killer cell immunoglobulin-like receptor 2DL5 (KIR2DL5) by acting as a co-binder, recruiting the latter to cell surface. We provide a mechanistic understanding of csRNA presentation and unveil a new layer of complexity in the csRNA-dictated regulation of cell surface receptor-ligand interactions.

The polyadenylation binding protein nucleus 1 (PABPN1), a multifactorial regulator of mRNA processing, regulates muscle wasting and atrophy. Previously, we elucidated the PABPN1-dependent proteome and found that levels of structural proteins, sarcomeric and cytoskeletal, were highly altered. We identified MURC, a plasma membrane-associated protein, to be affected by the cytoskeletal stability and suggest that MURC is a novel marker for impaired regeneration in muscles. We also studied the spatial organization of muscle structural proteins in 2D and 3D cell models with reduced PABPN1 levels (named here as shPAB). We show that dysregulation of cytoskeletal proteins in the shPab proteome is associated with a cytoskeleton lacking a polarized organization in muscle cells. We show that consequently, the cell mechanical features as well as myogenic differentiation are significantly reduced. We then show that restoring cytoskeletal stability, by actin overexpression in shPAB was beneficial for cell fusion and for the expression of sarcomeric proteins in shPAB models. We suggest that poor cytoskeleton mechanical features are caused by altered expression levels and contribute to aging-associated muscle wasting and atrophy.

Abstract Skeletal muscles support the stability and mobility of the skeleton but differ in biomechanical properties and physiological functions. The intrinsic factors that regulate muscle-specific characteristics are poorly understood. To study these, we constructed a large atlas of RNA-seq profiles from six leg muscles and two locations from one muscle, using biopsies from 20 healthy young males. We identified differential expression patterns and cellular composition across the seven tissues using three bioinformatics approaches confirmed by large-scale newly developed quantitative immune-histology procedures. With all three procedures, the muscle samples clustered into three groups congruent with their anatomical location. Concomitant with genes marking oxidative metabolism, genes marking fast- or slow-twitch myofibers differed between the three groups. The groups of muscles with higher expression of slow-twitch genes were enriched in endothelial cells and showed higher capillary content. In addition, expression profiles of Homeobox ( HOX ) transcription factors differed between the three groups and were confirmed by spatial RNA hybridization. We created an open-source graphical interface to explore and visualize the leg muscle atlas ( https://tabbassidaloii.shinyapps.io/muscleAtlasShinyApp/ ). Our study reveals molecular specialization of human leg muscles and provides a novel resource to study muscle-specific molecular features, which could be linked with (patho)physiological processes.

Contractile properties of myofibers are dictated by the abundance of myosin heavy chain (MyHC) isoforms. MyHC composition designates muscle function and its alterations could unravel differential muscle involvement in muscular dystrophies and aging. Current analyses are limited to visual assessments in which myofibers expressing multiple MyHC isoforms are prone to misclassifications. As a result, complex patterns and subtle alterations are unidentified. We developed a high-throughput data-driven myofiber analysis to quantitatively describe the variations in myofibers across the muscle. We investigated alterations in myofiber composition between genotypes, two muscles and two age groups. We show that this analysis facilitates the discovery of complex myofiber compositions and its dependency on age, muscle type and genetic conditions.