Summary Gamete formation from germline stem cells (GSCs) is essential for sexual reproduction. However, the regulation of GSC differentiation and meiotic entry are incompletely understood. Set2, which deposits H3K36me3 modifications, is required for differentiation of GSCs during Drosophila oogenesis. We discovered that the H3K36me3 reader Male-specific lethal 3 (MSL3) and the histone acetyltransferase complex Ada2a-containing (ATAC) cooperate with Set2 to regulate entry into meiosis in female Drosophila . MSL3 expression is restricted to the mitotic and early meiotic stages of the female germline, where it promotes transcription of genes encoding synaptonemal complex components and a germline enriched ribosomal protein S19 paralog, RpS19b . RpS19b upregulation is required for translation of Rbfox1, a known meiotic cell cycle entry factor. Thus, MSL3 is a master regulator of meiosis, coordinating the expression of factors required for recombination and GSC differentiation. We find that MSL3 is expressed during mouse spermatogenesis, suggesting a conserved function during meiosis.

Abstract In sexually reproducing animals, the oocyte contributes a large supply of RNAs that are essential to launch development upon fertilization. The mechanisms that regulate the composition of the maternal RNA contribution during oogenesis are unclear. Here, we show that a subset of RNAs expressed during the early stages of oogenesis is subjected to regulated degradation during oocyte specification. Failure to remove these RNAs results in oocyte dysfunction and death. We identify the RNA-degrading Super Killer complex and No-Go Decay factor Pelota as key regulators of oogenesis via targeted clearance of RNAs expressed in germline stem cells. These regulators target RNAs enriched for cytidine sequences bound by the protein Half pint. Thus, RNA degradation helps orchestrate a germ cell-to-maternal transition by sculpting the maternal RNA contribution to the zygote.

Summary Germ cells differentiate into oocytes that become totipotent upon fertilization. How the highly specialized oocyte acquires this distinct cell fate is poorly understood. During Drosophila oogenesis, H3K9me3 histone methyltransferase SETDB1 translocates from the cytoplasm to the nucleus of germ cells concurrent with oocyte specification. Here, we discovered that nuclear SETDB1 is required to silence a cohort of differentiation-promoting genes by mediating their heterochromatinization. Intriguingly, SETDB1 is also required for the upregulation of 18 of the ~30 nucleoporins (Nups) that comprise the nucleopore complex (NPC). NPCs in turn anchor SETDB1-dependent heterochromatin at the nuclear periphery to maintain H3K9me3 and gene silencing in the egg chambers. Aberrant gene expression due to loss of SETDB1 or Nups results in loss of oocyte identity, cell death and sterility. Thus, a feedback loop between heterochromatin and NPCs promotes transcriptional reprogramming at the onset of oocyte specification that is critical to establish oocyte identity.

Summary Ribosomal defects perturb stem cell differentiation, causing diseases called ribosomopathies. How ribosome levels control stem cell differentiation is not fully known. Here, we discovered three RNA helicases are required for ribosome biogenesis and for Drosophila oogenesis. Loss of these helicases, which we named Aramis, Athos and Porthos, lead to aberrant stabilization of p53, cell cycle arrest and stalled GSC differentiation. Unexpectedly, Aramis is required for efficient translation of a cohort of mRNAs containing a 5’-Terminal-Oligo-Pyrimidine (TOP)-motif, including mRNAs that encode ribosomal proteins and a conserved p53 inhibitor, No vel N ucleolar protein 1 (Non1). The TOP-motif co-regulates the translation of growth-related mRNAs in mammals. As in mammals, the La-related protein co-regulates the translation of TOP-motif containing RNAs during Drosophila oogenesis. Thus, a previously unappreciated TOP-motif in Drosophila responds to reduced ribosome biogenesis to co-regulate the translation of ribosomal proteins and a p53 repressor, thus coupling ribosome biogenesis to GSC differentiation.

Abstract Stem cells in many systems, including Drosophila germline stem cells (GSCs), increase ribosome biogenesis and translation during terminal differentiation. Here, we show that pseudouridylation of ribosomal RNA (rRNA) mediated by the H/ACA box is required for ribosome biogenesis and oocyte specification. Reducing ribosome levels during differentiation decreased the translation of a subset of mRNAs that are enriched for CAG repeats and encode polyglutamine-containing proteins, including differentiation factors such as RNA-binding Fox protein 1. Moreover, ribosomes were enriched at CAG repeats within transcripts during oogenesis. Increasing TOR activity to elevate ribosome levels in H/ACA box-depleted germlines suppressed the GSC differentiation defects, whereas germlines treated with the TOR inhibitor rapamycin had reduced levels of polyglutamine-containing proteins. Thus, ribosome biogenesis and ribosome levels can control stem cell differentiation via selective translation of CAG repeat-containing transcripts.

SUMMARY Metabolic adaptation to changing demands underlies homeostasis. During inflammation or metastasis, cells leading migration into challenging environments require an energy boost, however what controls this capacity is unknown. We identify a previously unstudied nuclear protein, Atossa, as changing metabolism in Drosophila melanogaster immune cells to promote tissue invasion. Atossa’s vertebrate orthologs, FAM214A-B, can fully substitute for Atossa, indicating functional conservation from flies to mammals. Atossa increases mRNA levels of Porthos, an unstudied RNA helicase and two metabolic enzymes, LKR/SDH and GR/HPR. Porthos increases translation of a gene subset, including those affecting mitochondrial functions, the electron transport chain, and metabolism. Respiration measurements and metabolomics indicate that Atossa and Porthos powers up mitochondrial oxidative phosphorylation to produce sufficient energy for leading macrophages to forge a path into tissues. As increasing oxidative phosphorylation enables many crucial physiological responses, this unique genetic program may modulate a wide range of cellular behaviors beyond migration.

The association of genomic loci to the nuclear periphery is proposed to facilitate cell type-specific gene repression and influence cell fate decisions. However, the interplay between gene position and expression remains incompletely understood, in part because the proteins that position genomic loci at the nuclear periphery remain unidentified. Here, we used an Oligopaint-based HiDRO screen targeting ∼1000 genes to discover novel regulators of nuclear architecture in

Genome organization can regulate gene expression and promote cell fate transitions. The differentiation of germline stem cells (GSCs) to oocytes in

Maternal mRNAs are synthesized during oogenesis to initiate the development of future generations. Some maternal mRNAs are determinants of somatic or germline fate and must be translationally repressed until embryogenesis. However, the translational repressors themselves are also temporally regulated. We use polar granule component (pgc), a Drosophila maternal mRNA, as a model system to ask how maternal mRNAs are repressed while the regulatory landscape is continually shifting. pgc, a potent transcriptional silencer and germline determinant, is translationally regulated throughout oogenesis. We find the 3′UTR of pgc mRNA contains a conserved ten-nucleotide sequence that is bound by different conserved RNA binding proteins (RBPs) at different stages of oogenesis to continuously repress translation except for a brief expression in the stem cell daughter. Pumilio (Pum) binds to this sequence in undifferentiated and early differentiating oocytes and recruits other temporally restricted translational regulators to block pgc translation. After differentiation, Pum levels diminish and Bruno (Bru) levels increase, allowing Bru to bind the same 3′UTR sequence and take over translational repression of pgc mRNA. We have identified a class of maternal mRNAs regulated during oogenesis by both Pum and Bru, including Zelda, activator of the zygotic genome, that contain this core 10-nt regulatory sequence. Our data suggests that this hand off mechanism is more generally utilized to inhibit translation of maternal mRNAs during oogenesis.

Summary Determining how stem cell differentiation is controlled has important implications for understanding the etiology of degenerative disease and designing regenerative therapies. In vivo analyses of stem cell model systems have revealed regulatory paradigms for stem cell self-renewal and differentiation. The germarium of the female Drosophila gonad, which houses both germline and somatic stem cells, is one such model system. Bulk mRNA sequencing (RNA-seq), single-cell (sc) RNA-seq, and bulk translation efficiency of mRNAs are available for stem cells and their differentiating progeny within the Drosophila germarium. However, visualizing those data is hampered by the lack of a tool to spatially map gene expression and translational data in the germarium. Here, we have developed Oo-site ( https://www.ranganlab.com/Oo-site ), a tool for visualizing bulk RNA-seq, scRNA-seq, and translational efficiency data during different stages of germline differentiation, that makes these data accessible to non-bioinformaticians. Using this tool, we recapitulated previously reported expression patterns of developmentally regulated genes and discovered that meiotic genes, such as those that regulate the synaptonemal complex, are regulated at the level of translation.