Macromolecular transport between the nucleus and cytoplasm is mediated through Nuclear Pore Complexes (NPCs), which are built from multiple copies of roughly 34 distinct proteins, called nucleoporins 1–3 . Models of the NPC depict it as a composite of several sub-domains that have been named the outer rings, inner ring, cytoplasmic fibrils and nuclear basket. While the NPC has been extensively studied, the roles of individual nucleoporins within NPCs and their functional interactions remain poorly understood. Here, we applied a rapid degron system to systematically investigate how individual nucleoporins contribute toward NPC architecture. We find that acute depletion of outer ring components (NUP96 or NUP107) disperses the outer ring and cytoplasmic fibrils without disassembly of inner ring members. Conversely, rapid degradation of the inner ring complex component NUP188 disrupts the inner ring without dislodging outer ring members. We also found that depletion of NUP93 destabilized all NPC domains, indicating that it has a unique role as a lynchpin of NPC structure. Our data highlight the modular nature of NPC organization, suggesting that the outer and inner ring complexes do not extensively rely on each other for structural stability after NPC assembly is complete. This dynamic assessment provides new insights regarding the remarkable structural independence of domains within the NPC.

Summary The maintenance of the intestinal epithelium is ensured by the controlled proliferation of intestinal stem cells (ISCs) and differentiation of their progeny into various cell types, including enterocytes (ECs) that both mediate nutrient absorption and provide a barrier against pathogens. The signals that regulate transition of proliferative ISCs into differentiated ECs are not fully understood. IRBIT is an evolutionarily conserved protein that regulates ribonucleotide reductase (RNR), an enzyme critical for the generation of DNA precursors. Here, we show that IRBIT expression in ISC progeny within the Drosophila midgut epithelium cells is essential for their differentiation via suppression of RNR activity. Disruption of this IRBIT-RNR regulatory circuit causes a rapid, premature loss of intestinal tissue integrity as flies age. This age-related dysplasia can be reversed by suppression of RNR activity in ISC progeny. Collectively, our findings demonstrate an unexpected and novel role of the IRBIT-RNR pathway in gut homeostasis.

CCR4-NOT regulates multiple steps in gene regulation, including transcription, mRNA decay, protein ubiquitylation, and translation. It has been well studied in budding yeast; however, relatively less is known about its regulation and functions in mammals. To characterize the functions of the human CCR4-NOT complex, we developed a rapid auxin-induced degron system to deplete CNOT1 (the scaffold of the complex) and CNOT4 (E3 ubiquitin ligase) in cell culture. Transcriptome-wide measurements of gene-expression revealed that depleting CNOT1 changed several thousand transcripts, wherein most mRNAs were increased and resulted in a global decrease in mRNA decay rates. In contrast to what was observed in CNOT1-depleted cells, CNOT4 depletion only modestly changed RNA steady-state levels and, surprisingly, led to a global acceleration in mRNA decay. To further investigate the role of CCR4-NOT in transcription, we used transient transcriptome sequencing (TT-seq) to measure ongoing RNA synthesis. Depletion of either subunit resulted in increased RNA synthesis of several thousand genes. In contrast to most of the genome, a rapid reduction in the synthesis of KRAB-Zinc-Finger-proteins (KZNFs) genes, especially those clustered on chromosome 19, was observed. KZNFs are transcriptional repressors of retro-transposable elements (rTEs), and consistent with the decreased KZNFs expression, we observed a significant and rapid activation of rTEs, mainly Long interspersed Nuclear Elements (LINEs). Our data reveal that CCR4-NOT regulates gene expression and silences retrotransposons across the genome by maintaining KZNF expression. These data establish CCR4-NOT as a global regulator of gene expression, and we have identified a novel mammalian-specific function of the complex, the suppression of rTEs.

Nuclear pore complexes (NPCs) are important for many processes beyond nucleocytoplasmic trafficking, including protein modification, chromatin remodeling, transcription, mRNA processing and mRNA export. The multi-faceted nature of NPCs and the slow turnover of their components has made it difficult to understand the role of basket nucleoporins (Nup153, Nup50 and Tpr) in these diverse processes. To address this question, we used an Auxin-Induced Degron (AID) system to distinguish roles of basket nucleoporins: Loss of individual nucleoporins caused distinct alteration in patterns of nucleocytoplasmic trafficking and gene expression. Importantly, Tpr elimination caused rapid and pronounced changes in transcriptomic profiles within two hours of auxin addition. These changes were dissimilar to shifts observed after loss of Nup153 or Nup50, but closely related to changes after depletion of mRNA export receptor NXF1 or the GANP subunit of the TRanscription-EXport-2 (TREX-2) mRNA export complex. Moreover, GANP association to NPCs was specifically disrupted upon TPR depletion. Together, our findings demonstrate a unique and pivotal role of Tpr in regulating gene expression through GANP- and/or NXF1-dependent mRNA nuclear export.

Polo-like kinase interacting checkpoint helicase (PICH) is a SNF2 family DNA translocase and is a Small Ubiquitin-like modifier (SUMO) binding protein. Despite that both translocase activity and SUMO-binding activity are required for proper chromosome segregation, how these two activities function to mediate chromosome segregation remains unknown. Here, we show that PICH specifically promotes dissociation of SUMOylated TopoisomeraseIIα (TopoIIα) from mitotic chromosomes. When TopoIIα is stalled by treatment of cells with a potent TopoII inhibitor, ICRF-193, TopoIIα becomes SUMOylated, and this promotes its interaction with PICH. Conditional depletion of PICH using the Auxin Inducible Degron (AID) system resulted in retention of SUMOylated TopoIIα on chromosomes, indicating that PICH removes stalled SUMOylated TopoIIα from chromosomes. In vitro assays showed that PICH specifically regulates SUMOylated TopoIIα activity using its SUMO-binding and translocase activities. Taken together, we propose a novel mechanism for how PICH acts on stalled SUMOylated TopoIIα for proper chromosome segregation.

Polo-like kinase interacting checkpoint helicase (PICH) is a SNF2 family DNA translocase and is a Small Ubiquitin-like modifier (SUMO) binding protein. Despite that both translocase activity and SUMO-binding ability are required for proper chromosome segregation, how these two activities function to mediate chromosome segregation remains unknown. Here, we show that PICH specifically promotes redistribution of SUMOylated proteins like SUMOylated TopoisomeraseIIα (TopoIIα) on mitotic chromosomes. Conditional depletion of PICH using the Auxin Inducible Degron (AID) system resulted in the retention of SUMOylated chromosomal proteins, including TopoIIα, indicating that PICH functions to redistribute these proteins. Replacement of endogenous PICH with exogenous PICH mutants showed that PICH translocase activity is required for SUMOylated protein redistribution. In vitro assays showed that PICH specifically regulates SUMOylated TopoIIα activity using its SUMO-binding ability. Taken together, we propose a novel function of PICH in remodeling SUMOylated chromosomal proteins to ensure faithful chromosome segregation.

Abstract Due to the intrinsic nature of DNA replication, replicated genomes retain catenated genomic loci that must be resolved to ensure faithful segregation of sister chromatids in mitosis. Type II DNA Topoisomerase (TopoII) decatenates the catenated genomic DNA through its unique Strand Passage Reaction (SPR). Loss of SPR activity results in anaphase chromosome bridges and formation of P olo-like Kinase I nteracting C heckpoint H elicase (PICH)-coated ultra-fine DNA bridges (UFBs) whose timely resolution is required to prevent micronuclei formation. Vertebrates have two TopoII isoforms– TopoIIα and TopoIIβ, that share a conserved catalytic core. However, the essential mitotic function of TopoIIα cannot be compensated by TopoIIβ, due to differences in their catalytically inert C-terminal domains (CTDs). Using genome-edited human cells, we show that specific binding of TopoIIα to methylated histone, tri-methylated H3K27 (H3K27me3), via its Chromatin Tether (ChT) domain within the CTD contributes critically to avoid anaphase UFB formation. Reducing H3K27 methylation prior to mitosis increases UFBs, revealing a requirement for proper establishment of H3K27me3 after DNA replication to facilitate TopoIIα-ChT dependent UFB prevention. We propose that interaction of the TopoIIα-ChT with H3K27me3 is a key factor that ensures the complete resolution of catenated loci to permit faithful chromosome segregation in human cells. Summary Statement Genomic catenations originating from the DNA replication process must be resolved by DNA Topoisomerase II (TopoII) to permit sister chromatid disjunction. The results show that specific recognition of methylated histone containing chromatin by TopoII is critical for complete resolution of the genome.