Abstract The Drosophila polyadenosine RNA binding protein Nab2, which is orthologous to a human protein lost in a form of inherited intellectual disability, controls axon projection, locomotion, and memory. Here we define an unexpectedly specific role for Nab2 in regulating splicing of ∼150 exons/introns in the head transcriptome and link the most prominent of these, female retention of a male-specific exon in the sex determination factor Sex-lethal ( Sxl ), to a role in m 6 A-dependent mRNA splicing. Genetic evidence indicates that aberrant Sxl splicing underlies multiple phenotypes in Nab2 mutant females. At a molecular level, Nab2 associates with Sxl pre-mRNA and ensures proper female-specific splicing by preventing m 6 A hypermethylation by Mettl3 methyltransferase. Consistent with these results, reducing Mettl3 expression rescues developmental, behavioral and neuroanatomical phenotypes in Nab2 mutants. Overall these data identify Nab2 as a required regulator of m 6 A-regulated Sxl splicing and imply a broader link between Nab2 and Mettl3-regulated brain RNAs.

Abstract The RNA exosome is a ribonuclease complex that mediates both RNA processing and degradation. This complex is evolutionarily conserved, ubiquitously expressed, and required for fundamental cellular functions, including rRNA processing. The RNA exosome plays roles in regulating gene expression and protecting the genome, including modulating the accumulation of RNA-DNA hybrids (R-loops). The function of the RNA exosome is facilitated by cofactors, such as the RNA helicase MTR4, which binds/remodels RNAs. Recently, missense mutations in RNA exosome subunit genes have been linked to neurological diseases. One possibility to explain why missense mutations in genes encoding RNA exosome subunits lead to neurological diseases is that the complex may interact with cell- or tissue-specific cofactors that are impacted by these changes. To begin addressing this question, we performed immunoprecipitation of the RNA exosome subunit, EXOSC3, in a neuronal cell line (N2A) followed by proteomic analyses to identify novel interactors. We identified the putative RNA helicase, DDX1, as an interactor. DDX1 plays roles in double-strand break repair, rRNA processing, and R-loop modulation. To explore the functional connections between EXOSC3 and DDX1, we examined the interaction following double-strand breaks, and analyzed changes in R-loops in N2A cells depleted for EXOSC3 or DDX1 by DNA/RNA immunoprecipitation followed by sequencing (DRIP-Seq). We find that EXOSC3 interaction with DDX1 is decreased in the presence of DNA damage and that loss of EXOSC3 or DDX1 alters R-loops. These results suggest EXOSC3 and DDX1 interact during events of cellular homeostasis and potentially suppress unscrupulous expression of genes promoting neuronal projection.

ABSTRACT The Drosophila RNA binding protein (RBP) Nab2 acts in neurons to regulate neurodevelopment and is orthologous to the human intellectual disability-linked RBP, ZC3H14. Nab2 governs axon projection in mushroom body neurons and limits dendritic arborization of class IV sensory neurons in part by regulating splicing events in ~150 mRNAs. Analysis of the Sex-lethal ( Sxl ) mRNA revealed that Nab2 promotes an exon-skipping event and regulates m 6 A methylation on Sxl pre-mRNA by the Mettl3 methyltransferase. Mettl3 heterozygosity broadly rescues Nab2 null phenotypes implying that Nab2 acts through similar mechanisms on other RNAs, including unidentified targets involved in neurodevelopment. Here, we show that Nab2 and Mettl3 regulate the removal of a 5’UTR intron in the trio pre-mRNA. Trio utilizes two GEF domains to balance Rac and RhoGTPase activity. Intriguingly, an isoform of Trio containing only the RhoGEF domain, GEF2, is depleted in Nab2 null nervous tissue. Expression of Trio-GEF2 rescues projection defects in Nab2 null axons and dendrites, while the GEF1 Rac1-regulatory domain exacerbates these defects, suggesting Nab2-mediated regulation Trio-GEF activities. Collectively, these data identify Nab2-regulated splicing as a key step in balancing Trio GEF1 and GEF2 activity and show that Nab2, Mettl3, and Trio function in a common pathway that shapes axon and dendrite morphology. Significance Statement Drosophila Nab2, ortholog of the human RBP ZC3H14 mutated in inherited intellectual disability, acts through unknown RNA targets to control axon and dendrite morphology. This study shows that Nab2 and the Mettl3 methyltransferase guide splicing of trio mRNA, which encodes a conserved GEF-domain protein. Intron retention in trio mRNA leads to an imbalance in levels of two Trio GEF domains in Nab2-deficient neurons and restoring this balance rescues neuronal defects. The authors conclude that Nab2 control of trio splicing is required to pattern axon and dendrite growth and suggests that ZC3H14 may play a similar role in the vertebrate brain.

The RNA exosome is an evolutionarily-conserved ribonuclease complex critically important for precise processing and/or complete degradation of a variety of cellular RNAs. The recent discovery that mutations in genes encoding structural RNA exosome subunits cause tissue-specific diseases makes defining the role of this complex within specific tissues critically important. Mutations in the RNA exosome component 3 ( EXOSC3 ) gene cause Pontocerebellar Hypoplasia Type 1b (PCH1b), an autosomal recessive neurologic disorder. The majority of disease-linked mutations are missense mutations that alter evolutionarily-conserved regions of EXOSC3. The tissue-specific defects caused by these amino acid changes in EXOSC3 are challenging to understand based on current models of RNA exosome function with only limited analysis of the complex in any multicellular model in vivo . The goal of this study is to provide insight into how mutations in EXOSC3 impact the function of the RNA exosome. To assess the tissue-specific roles and requirements for the Drosophila ortholog of EXOSC3 termed Rrp40, we utilized tissue-specific RNAi drivers. Depletion of Rrp40 in different tissues reveals a general requirement for Rrp40 in the development of many tissues including the brain, but also highlight an agedependent requirement for Rrp40 in neurons. To assess the functional consequences of the specific amino acid substitutions in EXOSC3 that cause PCH1b, we used CRISPR/Cas9 gene editing technology to generate flies that model this RNA exosome-linked disease. These flies show reduced viability; however, the surviving animals exhibit a spectrum of behavioral and morphological phenotypes. RNA-seq analysis of these Drosophila Rrp40 mutants reveals increases in the steady-state levels of specific mRNAs and ncRNAs, some of which are central to neuronal function. In particular, Arc1 mRNA, which encodes a key regulator of synaptic plasticity, is increased in the Drosophila Rrp40 mutants. Taken together, this study defines a requirement for the RNA exosome in specific tissues/cell types and provides insight into how defects in RNA exosome function caused by specific amino acid substitutions that occur in PCH1b can contribute to neuronal dysfunction.Author Summary Pontocerebellar Hypoplasia Type 1b (PCH1b) is a devastating genetic neurological disorder that preferentially affects specific regions of the brain. Typically, children born with PCH1b have structural defects in regions of the brain including those associated with key autonomic functions. Currently, there is no cure or treatment for the disease. PCH1b is caused by mutations in the RNA exosome component 3 ( EXOSC3 ) gene, which encodes a structural component of the ubiquitous and essential multi-subunit RNA exosome complex. The RNA exosome is critical for both precise processing and turnover of multiple classes of RNAs. To elucidate the functional consequences of amino acid changes in EXOSC3 that cause PCH1b, we exploited well-established genetic approaches in Drosophila melanogaster that model EXOSC3 mutations found in individuals with PCH1b. Using this system, we find that the Drosophila EXOSC3 homolog (termed Rrp40) is essential for normal development and has an important function in neurons. Furthermore, PCH1b missense mutations modeled in Rrp40 cause reduced viability and produce neuronal-specific phenotypes that correlate with altered levels of target RNAs that encode factors with key roles in neurons. These results provide a basis for understanding how amino acid changes that occur in the RNA exosome contribute to neuronal dysfunction and disease.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

The RNA exosome is an essential ribonuclease complex involved in the processing and degradation of both coding and noncoding RNAs. We present three patients with biallelic variants in EXOSC5 , which encodes a structural subunit of the RNA exosome. The common clinical features of these patients comprise failure to thrive, short stature, feeding difficulties, developmental delays that affect motor skills, hypotonia and esotropia. Brain MRI revealed cerebellar hypoplasia and ventriculomegaly. The first patient had a deletion involving exons 5-6 of EXOSC5 and a missense variant, p.Thr114Ile, that were inherited in trans, the second patient was homozygous for p.Leu206His, and the third patient had paternal isodisomy for chromosome 19 and was homozygous for p.Met148Thr. We employed three complementary approaches to explore the requirement for EXOSC5 in brain development and assess the functional consequences of pathogenic variants in EXOSC5 . Loss of function for the zebrafish ortholog results in shortened and curved tails and bodies, reduced eye and head size and edema. We modeled pathogenic EXOSC5 variants in both budding yeast and mammalian cells. Some of these variants show defects in RNA exosome function as well as altered interactions with other RNA exosome subunits. Overall, these findings expand the number of genes encoding RNA exosome components that have been implicated in human disease, while also suggesting that disease mechanism varies depending on the specific pathogenic variant.

RNA exosomopathies, a growing family of tissue-specific diseases, are linked to missense mutations in genes encoding the structural subunits of the conserved 10-subunit exoribonuclease complex, the RNA exosome. Such mutations in the cap subunit gene cause the novel syndrome SHRF ( hort stature, earing loss, etinitis pigmentosa and distinctive acies). In contrast, exosomopathy mutations in the cap subunit gene cause pontocerebellar hypoplasia type 1b (PCH1b). Though having strikingly different disease pathologies, and exosomopathy mutations result in amino acid substitutions in similar, conserved domains of the cap subunits, suggesting that these exosomopathy mutations have distinct consequences for RNA exosome function. We generated the first model of the SHRF pathogenic amino acid substitutions using budding yeast by introducing the mutations in the orthologous gene . The resulting mutant cells have defects in cell growth and RNA exosome function. We detect significant transcriptomic changes in both coding and non-coding RNAs in the variant, , which models p.Gly198Asp. Comparing this mutant to the previously studied model of PCH1b mutation, , reveals that these mutants have disparate effects on certain RNA targets, providing the first evidence for different mechanistic consequences of these exosomopathy mutations. Congruently, we detect specific negative genetic interactions between RNA exosome cofactor mutants and but not . These data provide insight into how SHRF mutations could alter the function of the RNA exosome and allow the first direct comparison of exosomopathy mutations that cause distinct pathologies.