For cells to function properly the process of translating RNA messengers into proteins needs to be accurate, on the whole. Yet work in HeLa cells now shows that about 1% of methionine residues used in protein synthesis are aminoacylated to 'textbook-incorrect' tRNAs. Surprisingly, the proportion of Met-misacylated tRNAs increases significantly when cells are under stress through viral infection or treatment with viral or bacterial Toll-like receptor ligands. Tests with other amino acids indicate that the phenomenon is limited to Met, and as Met residues are known to protect proteins against damage from reactive oxygen species, one possibility is that Met-misacylation is a natural protective response to cellular stress. Accurate transfer RNA (tRNA) aminoacylation is necessary for translational fidelity; however, the accuracy of tRNA aminoacylation in vivo is uncertain. In mammalian cells, approximately 1% of methionine residues used in protein synthesis are now shown to be aminoacylated to non-methionyl-tRNAs. Furthermore, misacylation of methionine increases up to tenfold upon exposing cells to viruses, toll-like receptor ligands or oxidative stress. Translational fidelity, essential for protein and cell function, requires accurate transfer RNA (tRNA) aminoacylation. Purified aminoacyl-tRNA synthetases exhibit a fidelity of one error per 10,000 to 100,000 couplings1,2. The accuracy of tRNA aminoacylation in vivo is uncertain, however, and might be considerably lower3,4,5,6. Here we show that in mammalian cells, approximately 1% of methionine (Met) residues used in protein synthesis are aminoacylated to non-methionyl-tRNAs. Remarkably, Met-misacylation increases up to tenfold upon exposing cells to live or non-infectious viruses, toll-like receptor ligands or chemically induced oxidative stress. Met is misacylated to specific non-methionyl-tRNA families, and these Met-misacylated tRNAs are used in translation. Met-misacylation is blocked by an inhibitor of cellular oxidases, implicating reactive oxygen species (ROS) as the misacylation trigger. Among six amino acids tested, tRNA misacylation occurs exclusively with Met. As Met residues are known to protect proteins against ROS-mediated damage7, we propose that Met-misacylation functions adaptively to increase Met incorporation into proteins to protect cells against oxidative stress. In demonstrating an unexpected conditional aspect of decoding mRNA, our findings illustrate the importance of considering alternative iterations of the genetic code.

Abstract Mechanisms of drug-tolerance remain poorly understood and have been linked to genomic but also to non-genomic processes. 5-fluorouracil (5-FU), the most widely used chemotherapy in oncology is associated with resistance. While prescribed as an inhibitor of DNA replication, 5-FU alters all RNA pathways. Here, we show that 5-FU treatment leads to the production of fluorinated ribosomes exhibiting altered translational activities. 5-FU is incorporated into ribosomal RNAs of mature ribosomes in cancer cell lines, colorectal xenografts, and human tumors. Fluorinated ribosomes appear to be functional, yet, they display a selective translational activity towards mRNAs depending on the nature of their 5′-untranslated region. As a result, we find that sustained translation of IGF-1R mRNA, which encodes one of the most potent cell survival effectors, promotes the survival of 5-FU-treated colorectal cancer cells. Altogether, our results demonstrate that “man-made” fluorinated ribosomes favor the drug-tolerant cellular phenotype by promoting translation of survival genes.

Whole transcriptome sequencing (RNA-seq) has become a standard for cataloguing and monitoring RNA populations. Among the plethora of reconstructed transcripts, one of the main bottlenecks consists in correctly identifying the different classes of RNAs, particularly those that will be translated (mRNAs) from the class of long non-coding RNAs (lncRNAs). Here, we present FEELnc (FlExible Extraction of LncRNAs), an alignment-free program which accurately annotates lncRNAs based on a Random Forest model trained with general features such as multi k-mer frequencies and relaxed open reading frames. Benchmarking versus five state-of-art tools shows that FEELnc achieves similar or better classification performance on GENCODE and NONCODE datasets. The program also provides several specific modules that enable to fine-tune classification accuracy, to formalize the annotation of lncRNA classes and to annotate lncRNAs even in the absence of training set of noncoding RNAs. We used FEELnc on a real dataset comprising 20 new canine RNA-seq samples produced in the frame of the European LUPA consortium to expand the canine genome annotation and classified 10,374 novel lncRNAs and 58,640 new mRNA transcripts. FEELnc represents a standardized protocol for identifying and annotating lncRNAs and is freely accessible at https://github.com/tderrien/FEELnc.

Cancer stem cells (CSCs) are a small but critical cell population for cancer biology since they display inherent resistance to standard therapies and give rise to metastases. Despite accruing evidence establishing a link between deregulation of epitranscriptome-related players and tumorigenic process, the role of messenger RNA (mRNA) modifications dynamic in the regulation of CSC properties remains poorly understood. Here, we show that the cytoplasmic pool of fat mass and obesity-associated protein (FTO) impedes CSC abilities in colorectal cancer through its m6Am (N6,2'-O-dimethyladenosine) demethylase activity. While m6Am is strategically located next to the m7G-mRNA cap, its biological function is not well understood and has not been addressed in cancer. Low FTO expression in patient-derived cell lines elevates m6Am level in mRNA which results in enhanced in vivo tumorigenicity and chemoresistance. Inhibition of the nuclear m6Am methyltransferase, PCIF1/CAPAM, partially reverses this phenotype. FTO-mediated regulation of m6Am marking constitutes a novel, reversible pathway controlling CSC abilities that does not involve transcriptome remodeling, but could fine-tune translation efficiency of selected m6Am marked transcripts. Altogether, our findings bring to light the first biological function of the m6Am modification and its potential adverse consequences for colorectal cancer management.

Rapid lymphocyte cell division places enormous demands on the protein synthesis machinery. Flow cytometric measurement of puromycylated ribosome-associated nascent chains after treating cells or mice with translation initiation inhibitors reveals that ribosomes in resting lymphocytes in vitro and in vivo elongate at typical rates for mammalian cells. Intriguingly, elongation rates can be increased up to 30% by activation in vivo or fever temperature in vitro. Resting and activated lymphocytes possess abundant monosome populations, most of which actively translate in vivo, while in vitro, nearly all can be stalled prior to activation. Quantitating lymphocyte protein mass and translating ribosomes reveals a paradoxically high ratio of cellular protein to ribosomes insufficient to support their rapid in vivo division, suggesting that the activated lymphocyte proteome in vivo may be generated in an unusual manner. Our findings demonstrate the importance of a global understanding of protein synthesis in lymphocytes and other rapidly dividing immune cells.

Abstract RNA translation has long been thought as a stable and uniform process by which a ribosome produces a protein encoded by the main Open Reading Frame (ORF) of an mRNA. Recently, growing evidence support incomplete correlation between RNA and protein abundance levels, the existence of alternative ORFs in numerous mammalian RNAs, and the involvement of ribosomes in gene expression regulation, thereby challenging previous views of translation. Ribosome profiling (aka Ribo-seq) has renewed the study of translation by enabling the mapping of translating ribosomes on the whole transcriptome using deep-sequencing. Despite increasing use of Ribo-seq, recent review articles conclude that flexible, interactive tools for mining such data are missing. As Ribo-seq protocols still evolve, flexibility is highly desirable for the end-user. Here we describe RNA-Ribo-Explorer (RRE) a stand-alone tool that fills this gap. With RRE, one can explore read-count profiles of RNAs obtained after mapping, compare them between conditions, and visualize the profiles of individual RNAs. Importantly, the user can mine the data by defining queries that combine several criteria to detect interesting subsets of RNAs. For instance, one can ask RRE to find all RNAs whose translation of UTR region compared to that of the main ORF has changed between two conditions. This feature seems useful for finding candidate RNAs whose translation status or processing has changed across conditions. RRE is a platform independent software and is freely available at https://gite.lirmm.fr/rivals/RRE/-/releases .

ABSTRACT Compelling evidence suggests that tumor initiating cells (TIC) are the roots of current shortcomings in advanced and metastatic cancer treatment. TIC represents a minor subpopulation of tumor cells endowed with self-renewal and multi-lineage differentiation capacity, which can disseminate and seed metastasis in distant organ. Our work identified Streptomycin (SM), a potent bactericidal antibiotic, as a new molecule capable of targeting non-adherent TIC from colon and breast cancer cell lines by inducing mitochondrial-dependent ferroptosis. SM-induced ferroptosis associates with profound alterations in mitochondrial morphology, such as swelling and cristae enlargement, coupled with hyperpolarization of mitochondrial membrane potential and production of mitochondrial ROS. The peculiar SM structure, and more particularly its aldehyde group, is essential for this mechanism. As such, the mere reduction of SM into dihydrostreptomycin abolishes its effect on TIC. This study reveals a new mechanism of action of SM that could help comprehend the molecular basis of TIC adaptation to inhospitable environments and pave the way for new treatment of advanced cancers.

Rates of protein synthesis and the number of translating ribosomes vary greatly between different cells in various cell states. The distribution of assembled, and potentially translating, ribosomes within cells can be visualised in Drosophila by using Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) to monitor the interaction between tagged pairs of 40S and 60S ribosomal proteins (RPs) that are close neighbours across inter-subunit junctions in the assembled 80S ribosome. Here we describe transgenes that express two novel RP pairs tagged with Venus-based BiFC fragments that considerably increase the sensitivity of this technique that we termed Ribo-BiFC. This improved method should provide a convenient way of monitoring the local distribution of ribosomes in most Drosophila cells and we suggest that could be implemented in other organisms. We visualized 80S ribosomes in larval photoreceptors and in other neurons. Assembled ribosomes are most abundant in the various neuronal cell bodies, but they are also present along the lengths of axons and are concentrated in growth cones of larval and pupal photoreceptors. Surprisingly, there is relatively less puromycin incorporation in the distal portion of axons in the optic stalk, suggesting that some of the ribosomes that have started translation may not be engaged in elongation in axons that are still growing.