Abstract Upon fertilisation, the mammalian embryo must switch from dependence on maternal transcripts to transcribing its own genome, and in mice involves the transient upregulation of MERVL transposons and MERVL-driven genes at the 2-cell stage. The mechanisms and requirement for MERVL and 2-cell (2C) gene upregulation are poorly understood. Moreover, this MERVL-driven transcriptional program must be rapidly shut off to allow 2C exit and developmental progression. Here, we report that robust ribosomal RNA (rRNA) synthesis and nucleolar maturation are essential for exit from the 2C state. 2C-like cells and 2C embryos show similar immature nucleoli with altered structure and reduced rRNA output. We reveal that nucleolar disruption via blocking Pol I activity or preventing nucleolar phase separation enhances conversion to a 2C-like state in embryonic stem cells (ESCs) by detachment of the MERVL activator Dux from the nucleolar surface. In embryos, nucleolar disruption prevents proper Dux silencing and leads to 2-4 cell arrest. Our findings reveal an intriguing link between rRNA synthesis, nucleolar maturation and gene repression during early development.

Cell size varies during the cell cycle and in response to external stimuli. This requires the tight coordination, or “scaling”, of mRNA and protein quantities with the cell volume in order to maintain biomolecules concentrations and cell density. Evidence in cell populations and single cells indicates that scaling relies on the coordination of mRNA transcription rates with cell size. Here we use a combination of single-molecule fluorescence in situ hybridisation (smFISH), time-lapse microscopy and mathematical modelling in single fission yeast cells to uncover the precise molecular mechanisms that control transcription rates scaling with cell size. Linear scaling of mRNA quantities is apparent in single fission yeast cells during a normal cell cycle. Transcription rates of both constitutive and regulated genes scale with cell size without evidence for transcriptional bursting. Modelling and experimental data indicate that scaling relies on the coordination of RNAPII transcription initiation rates with cell size and that RNAPII is a limiting factor. We show using real-time quantitative imaging that size increase is accompanied by a rapid concentration independent recruitment of RNAPII onto chromatin. Finally, we find that in multinucleated cells, scaling is set at the level of single nuclei and not the entire cell, making the nucleus the transcriptional scaling unit. Integrating our observations in a mechanistic model of RNAPII mediated transcription, we propose that scaling of gene expression with cell size is the consequence of competition between genes for limiting RNAPII.

Mesendodermal cells are key intermediate progenitors that form at the early primitive streak (PrS) and give rise to mesoderm and endoderm in the gastrulating embryo. We have identified an interaction between CNOT3 and the cell cycle kinase Aurora B that regulates MAPK/ERK signalling during mesendodermal differentiation. Aurora B phosphorylates CNOT3 at two sites that are located close to a nuclear localization signal and promotes nuclear localisation of CNOT3 in mouse ES cells (ESCs) and metastatic lung cancer cells. Mutation of these sites in ESCs gives reduced numbers of embryoid bodies that are largely composed of ectoderm and interferes with differentiation of ESCs into mesendoderm in response to FGF2, BMP4, Wnt3 and Activin. The double mutation affects interaction of CNOT3 with Aurora B and ERK and reduces phosphorylation of ERK in response to FGF2. Our results identify a signalling axis involving CNOT3 that regulates a key pathway in embryogenesis and cancer.

- Glucagon has long been proposed as a component of multi-agonist obesity therapeutics due to its ability to induce energy expenditure and cause weight loss. However, chronic glucagon-receptor agonism has been associated with a reduction in circulating amino acids and loss of lean mass. Importantly, it is currently not known whether the metabolic benefits of glucagon can be maintained under contexts that allow the defence of lean mass. We investigate the metabolic effects of the long-acting glucagon receptor agonist, G108, when administered to obese mice at low-doses, and with dietary protein supplementation. - Dietary protein supplementation can only fully defend lean mass at a low dose of G108 that is sub-anorectic and does not reduce fat mass. However, in this context, G108 is still highly effective at improving glucose tolerance and reducing liver fat in obese mice. Mechanistically, liver RNA-Seq analysis reveals that dietary protein supplementation defends anabolic processes in low-dose G108-treated mice, and its effects on treatment-relevant glucose and lipid pathways are preserved. - Glucagon-mediated energy expenditure and weight loss may be mechanistically coupled to hypoaminocidemia and lean mass loss. However, our data suggest that glucagon can treat MAFLD at doses which allow full defence of lean mass given sufficient dietary protein intake. Therefore, proportionate glucagon therapy may be safe and effective in targeting hepatocytes and improving in glycaemia and liver fat.