In 2008 we published the first set of guidelines for standardizing research in autophagy. Since then, research on this topic has continued to accelerate, and many new scientists have entered the field. Our knowledge base and relevant new technologies have also been expanding. Accordingly, it is important to update these guidelines for monitoring autophagy in different organisms. Various reviews have described the range of assays that have been used for this purpose. Nevertheless, there continues to be confusion regarding acceptable methods to measure autophagy, especially in multicellular eukaryotes. For example, a key point that needs to be emphasized is that there is a difference between measurements that monitor the numbers or volume of autophagic elements (e.g., autophagosomes or autolysosomes) at any stage of the autophagic process versus those that measure flux through the autophagy pathway (i.e., the complete process including the amount and rate of cargo sequestered and degraded). In particular, a block in macroautophagy that results in autophagosome accumulation must be differentiated from stimuli that increase autophagic activity, defined as increased autophagy induction coupled with increased delivery to, and degradation within, lysosomes (in most higher eukaryotes and some protists such as Dictyostelium) or the vacuole (in plants and fungi). In other words, it is especially important that investigators new to the field understand that the appearance of more autophagosomes does not necessarily equate with more autophagy. In fact, in many cases, autophagosomes accumulate because of a block in trafficking to lysosomes without a concomitant change in autophagosome biogenesis, whereas an increase in autolysosomes may reflect a reduction in degradative activity. It is worth emphasizing here that lysosomal digestion is a stage of autophagy and evaluating its competence is a crucial part of the evaluation of autophagic flux, or complete autophagy. Here, we present a set of guidelines for the selection and interpretation of methods for use by investigators who aim to examine macroautophagy and related processes, as well as for reviewers who need to provide realistic and reasonable critiques of papers that are focused on these processes. These guidelines are not meant to be a formulaic set of rules, because the appropriate assays depend in part on the question being asked and the system being used. In addition, we emphasize that no individual assay is guaranteed to be the most appropriate one in every situation, and we strongly recommend the use of multiple assays to monitor autophagy. Along these lines, because of the potential for pleiotropic effects due to blocking autophagy through genetic manipulation, it is imperative to target by gene knockout or RNA interference more than one autophagy-related protein. In addition, some individual Atg proteins, or groups of proteins, are involved in other cellular pathways implying that not all Atg proteins can be used as a specific marker for an autophagic process. In these guidelines, we consider these various methods of assessing autophagy and what information can, or cannot, be obtained from them. Finally, by discussing the merits and limits of particular assays, we hope to encourage technical innovation in the field.

Circular RNAs (circRNAs) are widely expressed in animal cells, but their biogenesis and functions are poorly understood. CircRNAs have been shown to act as sponges for miRNAs and may also potentially sponge RNA-binding proteins (RBPs) and are thus predicted to function as robust posttranscriptional regulators of gene expression. The joint analysis of large-scale transcriptome data coupled with computational analyses represents a powerful approach to elucidate possible biological roles of ribonucleoprotein (RNP) complexes. Here, we present a new web tool, CircInteractome (circRNA interactome), for mapping RBP- and miRNA-binding sites on human circRNAs. CircInteractome searches public circRNA, miRNA, and RBP databases to provide bioinformatic analyses of binding sites on circRNAs and additionally analyzes miRNA and RBP sites on junction and junction-flanking sequences. CircInteractome also allows the user the ability to (1) identify potential circRNAs which can act as RBP sponges, (2) design junction-spanning primers for specific detection of circRNAs of interest, (3) design siRNAs for circRNA silencing, and (4) identify potential internal ribosomal entry sites (IRES). In sum, the web tool CircInteractome, freely accessible at http://circinteractome.nia.nih.gov, facilitates the analysis of circRNAs and circRNP biology.

Mammalian long intergenic noncoding RNAs (lincRNAs) are best known for modulating transcription. Here we report a posttranscriptional function for lincRNA-p21 as a modulator of translation. Association of the RNA-binding protein HuR with lincRNA-p21 favored the recruitment of let-7/Ago2 to lincRNA-p21, leading to lower lincRNA-p21 stability. Under reduced HuR levels, lincRNA-p21 accumulated in human cervical carcinoma HeLa cells, increasing its association with JUNB and CTNNB1 mRNAs and selectively lowering their translation. With elevated HuR, lincRNA-p21 levels declined, which in turn derepressed JunB and β-catenin translation and increased the levels of these proteins. We propose that HuR controls translation of a subset of target mRNAs by influencing lincRNA-p21 levels. Our findings uncover a role for lincRNA as a posttranscriptional inhibitor of translation.

HuR influences gene expression programs and hence cellular phenotypes by binding to hundreds of coding and noncoding linear RNAs. However, whether HuR binds to circular RNAs (circRNAs) and impacts on their function is unknown. Here, we have identified en masse circRNAs binding HuR in human cervical carcinoma HeLa cells. One of the most prominent HuR target circRNAs was hsa_circ_0031288, renamed CircPABPN1 as it arises from the PABPN1 pre-mRNA. Further analysis revealed that HuR did not influence CircPABPN1 abundance; interestingly, however, high levels of CircPABPN1 suppressed HuR binding to PABPN1 mRNA. Evaluation of PABPN1 mRNA polysomes indicated that PABPN1 translation was modulated positively by HuR and hence negatively by CircPABPN1. We propose that the extensive binding of CircPABPN1 to HuR prevents HuR binding to PABPN1 mRNA and lowers PABPN1 translation, providing the first example of competition between a circRNA and its cognate mRNA for an RBP that affects translation.

Neuritic plaques, a pathological hallmark in Alzheimer’s disease (AD) brains, comprise extracellular aggregates of amyloid-beta (Aβ) peptide and degenerating neurites that accumulate autolysosomes. We found that, in the brains of patients with AD and in AD mouse models, Aβ plaque-associated Olig2- and NG2-expressing oligodendrocyte progenitor cells (OPCs), but not astrocytes, microglia, or oligodendrocytes, exhibit a senescence-like phenotype characterized by the upregulation of p21/CDKN1A, p16/INK4/CDKN2A proteins, and senescence-associated β-galactosidase activity. Molecular interrogation of the Aβ plaque environment revealed elevated levels of transcripts encoding proteins involved in OPC function, replicative senescence, and inflammation. Direct exposure of cultured OPCs to aggregating Aβ triggered cell senescence. Senolytic treatment of AD mice selectively removed senescent cells from the plaque environment, reduced neuroinflammation, lessened Aβ load, and ameliorated cognitive deficits. Our findings suggest a role for Aβ-induced OPC cell senescence in neuroinflammation and cognitive deficits in AD, and a potential therapeutic benefit of senolytic treatments. The Alzheimer’s disease (AD) amyloid-beta peptide causes oligodendrocyte progenitor cells to undergo senescence, contributing to neuroinflammation and cognitive impairment. Treatment of AD mice with senolytic drugs ameliorates AD neuropathologies and cognitive deficits.

The RNA binding protein HuR regulates the stability of many target mRNAs. Here, we report that HuR associated with the 3′ untranslated region of the mRNA encoding the longevity and stress-response protein SIRT1, stabilized the SIRT1 mRNA, and increased SIRT1 expression levels. Unexpectedly, oxidative stress triggered the dissociation of the [HuR-SIRT1 mRNA] complex, in turn promoting SIRT1 mRNA decay, reducing SIRT1 abundance, and lowering cell survival. The cell cycle checkpoint kinase Chk2 was activated by H2O2, interacted with HuR, and was predicted to phosphorylate HuR at residues S88, S100, and T118. Mutation of these residues revealed a complex pattern of HuR binding, with S100 appearing to be important for [HuR-SIRT1 mRNA] dissociation after H2O2. Our findings demonstrate that HuR regulates SIRT1 expression, underscore functional links between the two stress-response proteins, and implicate Chk2 in these processes.

Expression of BRCA1 is commonly decreased in sporadic breast tumors, and this correlates with poor prognosis of breast cancer patients. Here we show that BRCA1 transcripts are selectively enriched in the Argonaute/miR-182 complex and miR-182 downregulates BRCA1 expression. Antagonizing miR-182 enhances BRCA1 protein levels and protects them from IR-induced cell death, while overexpressing miR-182 reduces BRCA1 protein, impairs homologous recombination-mediated repair, and render cells hypersensitive to IR. The impaired DNA repair phenotype induced by miR-182 overexpression can be fully rescued by overexpressing miR-182-insensitive BRCA1. Consistent with a BRCA1-deficiency phenotype, miR-182-overexpressing breast tumor cells are hypersensitive to inhibitors of poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1). Conversely, antagonizing miR-182 enhances BRCA1 levels and induces resistance to PARP1 inhibitor. Finally, a clinical-grade PARP1 inhibitor impacts outgrowth of miR-182-expressing tumors in animal models. Together these results suggest that miR-182-mediated downregulation of BRCA1 impedes DNA repair and may impact breast cancer therapy.

Although mammalian long non-coding (lnc)RNAs are best known for modulating transcription, their post-transcriptional influence on mRNA splicing, stability and translation is emerging. Here we report a post-translational function for the lncRNA HOTAIR as an inducer of ubiquitin-mediated proteolysis. HOTAIR associates with E3 ubiquitin ligases bearing RNA-binding domains, Dzip3 and Mex3b, as well as with their respective ubiquitination substrates, Ataxin-1 and Snurportin-1. In this manner, HOTAIR facilitates the ubiquitination of Ataxin-1 by Dzip3 and Snurportin-1 by Mex3b in cells and in vitro, and accelerates their degradation. HOTAIR levels are highly upregulated in senescent cells, causing rapid decay of targets Ataxin-1 and Snurportin-1, and preventing premature senescence. These results uncover a role for a lncRNA, HOTAIR, as a platform for protein ubiquitination.

Senescence is a state of indefinite cell cycle arrest associated with aging, cancer, and age-related diseases. Here, using label-based mass spectrometry, ribosome profiling and nanopore direct RNA sequencing, we explore the coordinated interaction of translational and transcriptional programs of human cellular senescence. We find that translational deregulation and a corresponding maladaptive integrated stress response (ISR) is a hallmark of senescence that desensitizes senescent cells to stress. We present evidence that senescent cells maintain high levels of eIF2α phosphorylation, typical of ISR activation, but translationally repress production of the stress response transcription factor 4 (ATF4) by ineffective bypass of the inhibitory upstream open reading frames. Surprisingly, ATF4 translation remains inhibited even after acute proteotoxic and amino acid starvation stressors, resulting in a highly diminished stress response. Furthermore, absent a response, stress augments the senescence secretory phenotype, thus intensifying a proinflammatory state that exacerbates disease. Our results reveal a novel mechanism that senescent cells exploit to evade an adaptive stress response and remain viable.

ABSTRACT Sublethal cell damage can trigger a complex adaptive program known as senescence, characterized by growth arrest, resistance to apoptosis, and a senescence-associated secretory phenotype (SASP). As senescent cells accumulating in aging organs are linked to many age-associated diseases, senotherapeutic strategies are actively sought to eliminate them. Here, a whole-genome CRISPR knockout screen revealed that proteins in the YAP-TEAD pathway influenced senescent cell viability. Accordingly, treating senescent cells with a drug that inhibited this pathway, Verteporfin (VPF), selectively triggered apoptotic cell death and derepressed DDIT4, in turn inhibiting mTOR. Reducing mTOR function in senescent cells diminished endoplasmic reticulum (ER) biogenesis, causing ER stress and apoptosis due to high demands on ER function by the SASP. Importantly, VPF treatment decreased senescent cell numbers in the organs of old mice and mice exhibiting doxorubicin-induced senescence. We present a novel senolytic strategy that eliminates senescent cells by hindering ER activity required for SASP production.