Regulation of macromolecular interactions by phosphorylation is crucial in signaling networks. In the spindle assembly checkpoint (SAC), which enables errorless chromosome segregation, phosphorylation promotes recruitment of SAC proteins to tensionless kinetochores. The SAC kinase Mps1 phosphorylates multiple Met-Glu-Leu-Thr (MELT) motifs on the kinetochore subunit Spc105/Knl1. The phosphorylated MELT motifs (MELTP) then promote recruitment of downstream signaling components. How MELTP motifs are recognized is unclear. In this study, we report that Bub3, a 7-bladed β-propeller, is the MELTP reader. It contains an exceptionally well-conserved interface that docks the MELTP sequence on the side of the β-propeller in a previously unknown binding mode. Mutations targeting the Bub3 interface prevent kinetochore recruitment of the SAC kinase Bub1. Crucially, they also cause a checkpoint defect, showing that recognition of phosphorylated targets by Bub3 is required for checkpoint signaling. Our data provide the first detailed mechanistic insight into how phosphorylation promotes recruitment of checkpoint proteins to kinetochores.

Abstract Neural circuit development in the human cortex is considerably prolonged in comparison to non-human primates, a trait that contributes to the remarkable cognitive capacity of modern humans. Here, we explore the regulatory role of non-coding RNAs, which dramatically expanded during brain evolution, in synapse development of human-induced pluripotent stem-cell derived neurons. Inhibition of a human-specific microRNA, miR-1229-3p, results in accelerated formation of excitatory synapses and enhanced synaptic transmission. Mechanistically, miR-1229-3p controls mitochondrial homeostasis by targeting important regulators of mitochondrial autophagy and fission, such as Pink1. Stimulation of mitochondrial metabolism rescues decreased calcium buffering in miR-1229-3p depleted neurons. Our findings reveal an important function of human-specific miR-1229-3p in developmental timing of human synaptogenesis and generally implicate non-coding RNAs in the control of human connectivity and cognition. One-Sentence Summary A human-specific microRNA slows down the formation and maturation of neuronal synapses by reducing mitochondrial metabolism and renewal.

ABSTRACT Microtubules, polymers of alpha- and beta-tubulin, are essential cellular components. When microtubule polymerization is hindered, cells are delayed in mitosis, but eventually they manage to proliferate with massive chromosome missegregation. Several studies have analyzed the first cell division upon microtubules impairing conditions. Here, we asked how cells cope on the long term. Taking advantage of mutations in beta-tubulin, we evolved in the lab for ∼150 generations 24 populations of yeast cells unable to properly polymerize microtubules. At the end of the evolution experiment, cells re-gained the ability to form microtubules, and were less sensitive to microtubule depolymerizing drugs. Whole genome sequencing allowed us to identify genes recurrently mutated (tubulins and kinesins) as well as the pervasive duplication of chromosome VIII. We confirmed that mutations found in these genes and disomy of chromosome VIII allow cells to compensate for the original mutation in beta-tubulin. The mutations we identified were mostly gain-of-function, likely re-allowing the proper use of the mutated form of beta-tubulin. When we analyzed the temporal order of mutations leading to resistance in independent populations, we observed multiple times the same series of events: disomy of chromosome VIII followed by one additional adaptive mutation in either tubulins or kinesins. Analyzing the epistatic interactions among different mutations, we observed that some mutations benefited from the disomy of chromosome VIII and others did not. Given that tubulins are highly conserved among eukaryotes, our results are potentially relevant for understanding the emergence of resistance to drugs targeting microtubules, widely used for cancer treatment.

PP1 and PP2A-B56 are major serine/threonine phosphatase families that achieve specificity by colocalising with substrates. At the kinetochore, however, both phosphatases localise to an almost identical molecular space and yet they still manage to regulate unique pathways and processes. By switching or modulating the positions of PP1/PP2A-B56 at kinetochores, we show that their unique downstream effects are not due to either the identity of the phosphatase or its precise location. Instead, these phosphatases signal differently because their kinetochore recruitment can be either inhibited (PP1) or enhanced (PP2A) by phosphorylation inputs. Mathematical modelling explains how these inverse phospho-dependencies elicit unique forms of cross-regulation and feedback, which allows otherwise indistinguishable phosphatases to produce distinct network behaviours and control different mitotic processes. Therefore, the kinetochore uses PP1 and PP2A-B56 because their binding motifs respond to kinase inputs in opposite ways. Genome-wide motif analysis suggests that many other pathways also select for these same key features, implying that these similar catalytic enzymes may have diverged during evolution to allow opposite modes of phospho-regulation.

Summary Single traumatic events that elicit an exaggerated stress response can lead to the development of neuropsychiatric conditions. Studies in mice suggests germline RNA as a mediator of effects of chronic environmental exposures to the progeny. The effects of an acute paternal stress exposure on the germline and their potential consequences on offspring remain unknown. We find that acute administration of an agonist for the stress- sensitive Glucocorticoid receptor, using the common corticosteroid Dexamethasone, affects the RNA payload of post-meiotic transcriptionally silent, mature sperm as soon as 3 hours post exposure. It further impacts early embryonic transcriptional trajectories, as determined by single embryo sequencing, and metabolism in the offspring. Importantly, we show persistent regulation of tRNA fragments in sperm and the descendant 2-cell- embryos, suggesting actual transmission from sperm to embryo. Lastly, we unravel environmentally induced alterations in the previously underconsidered class of sperm circRNAs, and their targets in the early embryo, highlighting this class as a novel candidate in RNA-mediated inheritance.

Abstract The underlying physiological and molecular mechanisms of bipolar disorder (BD) remain largely unknown. Here, by using unbiased small RNA sequencing in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), we found that miR-708-5p, a microRNA that was previously associated with BD, is the most strongly upregulated microRNA in peripheral blood of both healthy human subjects with a high genetic or environmental predisposition to develop mood disorders (MDs). Furthermore, miR-708-5p is strongly upregulated in patients diagnosed with BD and has potential in conjunction with the previously identified miR-499-5p to differentiate BD patients from patients suffering from major depressive disorder (MDD) and healthy controls. miR-708 is also upregulated in the hippocampus of wild type juvenile rats that underwent social isolation, as well as in juvenile rats heterozygous for the BD risk gene Cacna1c . Furthermore, ectopic overexpression of miR-708-5p in the hippocampus of adult male mice leads to BD-associated endophenotypes, such as reduced behavioral despair, enhanced compulsivity, and short-term memory impairments. miR-708-5p directly targets Neuronatin (Nnat), an endoplasmic reticulum (ER) resident protein involved in calcium homeostasis. Restoring Nnat expression in the hippocampus of miR-708-5p overexpressing mice rescues BD-associated endophenotypes. In summary, we functionally link miR-708-5p dependent regulation of Nnat to BD, with potential implications for BD diagnosis and therapy.

ABSTRACT microRNAs are important post-transcriptional regulators of gene expression, but the identification of functionally relevant targets is still challenging. Recent research has shown improved prediction of microRNA-mediated repression using a biochemical model combined with empirically-derived k-mer affinity predictions. Here, we translate this approach into a flexible and user-friendly bioconductor package, scanMiR, also available through a web interface. Using lightweight linear models, scanMiR efficiently scans for binding sites, estimates their affinity, and predicts aggregated transcript repression. Moreover, flexible 3’-supplementary alignment enables the prediction of unconventional interactions, such as bindings potentially leading to target-directed microRNA degradation (TDMD) or slicing. We showcase scanMiR through a systematic scan for such unconventional sites on neuronal transcripts, including lncRNAs and circRNAs.

ABSTRACT Bipolar disorder (BD) is a chronic mood disorder characterized by alternating manic and depressive episodes, often in conjunction with cognitive deficits. Dysregulation of neuroplasticity and calcium homeostasis as a result of complex genetic environment interactions are frequently observed in BD patients, but the underlying molecular mechanisms are largely unknown. Here, we show that a BD-associated microRNA, miR-499-5p, regulates neuronal dendrite development and cognitive function by downregulating the BD risk gene CACNB2 . miR-499-5p expression is increased in peripheral blood of BD patients and healthy subjects at risk of developing the disorder due to a history of childhood maltreatment. This up-regulation is paralleled in the hippocampus of rats which underwent juvenile social isolation. Elevating miR-499-5p levels in rat hippocampal pyramidal neurons impairs dendritogenesis and reduces surface expression and activity of the voltage-gated L-type calcium channel Ca v 1.2. We further identified CACNB2 , which encodes a regulatory β-subunit of Ca v 1.2, as a direct target of miR-499-5p in neurons. CACNB2 downregulation is required for the miR-499-5p dependent impairment of dendritogenesis, suggesting that CACNB2 is an important downstream target of miR-499-5p in the regulation of neuroplasticity. Finally, elevating miR-499-5p in the hippocampus in vivo is sufficient to induce short-term memory impairments in rats haploinsufficient for the Ca v 1.2 pore forming subunit Cacna1c . Taken together, we propose that stress-induced upregulation of miR-499-5p contributes to dendritic impairments and deregulated calcium homeostasis in BD, with specific implications for the neurocognitive dysfunction frequently observed in BD patients.