In yeast, the initiation of gene expression is stochastic and is controlled by transcription factor search times.

ABSTRACT To determine which transcripts should reach the cytoplasm for translation, eukaryotic cells have established mechanisms to regulate selective mRNA export through the nuclear pore complex (NPC). The nuclear basket, a substructure of the NPC protruding into the nucleoplasm, is thought to function as a stable platform where mRNA-protein complexes (mRNPs) are rearranged and undergo quality control (QC) prior to export, ensuring that only mature mRNAs reach the cytoplasm. Here, we use proteomic, genetic, live-cell, and single-molecule resolution microscopy approaches in budding yeast to demonstrate that baskets assemble only on a subset of NPCs and that basket formation is dependent on RNA polymerase II (Pol II) transcription and subsequent mRNP processing. Specifically, we observe that the cleavage and polyadenylation machinery, the poly(A)-binding protein Pab1, and pre-mRNA-leakage factor Pml39 are required for basket assembly. We further show that while all nuclear pores can bind Mlp1, baskets assemble only on a subset of nucleoplasmic NPCs, and these basket-containing pores associate a distinct protein and RNA interactome. Taken together, our data points towards nuclear pore heterogeneity and an RNA-dependent mechanism for functionalization of nuclear pores in budding yeast through nuclear basket assembly.

Summary Intron removal from pre-mRNAs is a critical step in the processing of RNA polymerase II transcripts, required to create translation competent mRNAs. In humans, introns account for large portions of the pre-mRNA, with intronic sequences representing about 95% of most pre-mRNA. Intron length varies considerably; introns can be as short as a few to hundreds of thousands of nucleotides in length. How nascent long intronic RNA is organized during transcription to facilitate the communication between 5’ and 3’ splice-sites required for spliceosome assembly however is still poorly understood. Here, we use single-molecule fluorescent RNA in situ hybridization (smFISH) to investigate the spatial organization of co- and post-transcriptional long introns in cells. Using two long introns within the POLA1 pre-mRNA as a model, we show that introns are packaged into compact assemblies, and when fully transcribed, are organized in a looped conformation with their ends in proximity. This organization is observed for nascent and nucleoplasmic pre-mRNAs and requires spliceosome assembly, as disruption of U2 snRNP binding results in introns with separated 5’ and 3’ ends. Moreover, interrogating the spatial organization of partially transcribed co-transcriptional POLA1 intron 35 indicates that the 5’ splice site is maintained proximal to the 3’ splice site during transcription, supporting a model that 5’ splice site tethering to the elongating polymerase might contribute to spliceosome assembly at long introns. Together, our study reveals details of intron and pre-mRNA organization in cells and provides a tool to investigate mechanisms of splicing for long introns.

mRNAs form ribonucleoprotein complexes (mRNPs) by association with proteins that are crucial for mRNA metabolism. While the mRNP proteome has been well characterized, little is known about mRNP organization. Using a single molecule approach, we show that mRNA conformation changes depending on its cellular localization and translational state. Compared to nuclear mRNPs and lncRNPs, association with ribosomes decompacts individual mRNAs, while their sequestration into stress-granules leads to increased compaction. Moreover, translating mRNAs rarely show co-localizing 5' and 3' ends, indicating that mRNAs are either not translated in a closed-loop configuration, or that mRNA circularization is transient, suggesting that a stable closed-loop conformation is not a universal state for all translating mRNAs.