Although hundreds of evolutionarily conserved microRNAs have been discovered, the functions of most remain unknown. Here, we describe the embryonic spatiotemporal expression profile, transcriptional regulation, and loss-of-function phenotype of Drosophila miR-1 ( DmiR-1 ). DmiR-1 RNA is highly expressed throughout the mesoderm of early embryos and subsequently in somatic, visceral, and pharyngeal muscles, and the dorsal vessel. The expression of DmiR-1 is controlled by the Twist and Mef2 transcription factors. DmiR-1 KO mutants, generated using ends-in gene targeting, die as small, immobilized second instar larvae with severely deformed musculature. This lethality is rescued when a DmiR-1 transgene is expressed specifically in the mesoderm and muscle. Strikingly, feeding triggers DmiR-1 KO -associated paralysis and death; starved first instar DmiR-1 KO larvae are essentially normal. Thus, DmiR-1 is not required for the formation or physiological function of the larval musculature, but is required for the dramatic post-mitotic growth of larval muscle.

Mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) have been linked to both familial and sporadic Parkinson's disease, but the biochemical function of LRRK2 has remained elusive. Now that function has been discovered. Both Drosophila and human LRRK2 are shown to antagonize microRNA-mediated translational inhibition of E2F1 and DP transcription factors. LRRK2 interacts with the RNA-induced silencing complex component Argonaute to antagonize its suppressive effect on protein translation. In vivo genetic studies demonstrate a key role for E2F1/DP upregulation in mediating mutant LRRK2 pathogenesis. These findings point to a link between impaired microRNA-mediated silencing and deregulated expression of specific microRNA targets to Parkinson's disease pathogenesis, and suggest possible microRNA-based therapeutic approaches. LRRK2 activity is dysregulated in Parkinson's disease, but how it contributes to the pathogenesis is unknown. These authors show that Drosophila LRRK2 interacts with the Argonaute component (dAgo1) of the RNA-induced silencing complex. This is associated with reduced levels of dAgo1, interaction between phospho-4E-BP1 and hAgo2, and impairment of microRNA-mediated repression. This leads to overexpression of the cell cycle genes e2f1 and dp, and consequent degeneration of dopaminergic neurons. Gain-of-function mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) cause familial as well as sporadic Parkinson’s disease characterized by age-dependent degeneration of dopaminergic neurons1,2. The molecular mechanism of LRRK2 action is not known. Here we show that LRRK2 interacts with the microRNA (miRNA) pathway to regulate protein synthesis. Drosophila e2f1 and dp messenger RNAs are translationally repressed by let-7 and miR-184*, respectively. Pathogenic LRRK2 antagonizes these miRNAs, leading to the overproduction of E2F1/DP, previously implicated in cell cycle and survival control3 and shown here to be critical for LRRK2 pathogenesis. Genetic deletion of let-7, antagomir-mediated blockage of let-7 and miR-184* action, transgenic expression of dp target protector, or replacement of endogenous dp with a dp transgene non-responsive to let-7 each had toxic effects similar to those of pathogenic LRRK2. Conversely, increasing the level of let-7 or miR-184* attenuated pathogenic LRRK2 effects. LRRK2 associated with Drosophila Argonaute-1 (dAgo1) or human Argonaute-2 (hAgo2) of the RNA-induced silencing complex (RISC). In aged fly brain, dAgo1 protein level was negatively regulated by LRRK2. Further, pathogenic LRRK2 promoted the association of phospho-4E-BP1 with hAgo2. Our results implicate deregulated synthesis of E2F1/DP caused by the miRNA pathway impairment as a key event in LRRK2 pathogenesis and suggest novel miRNA-based therapeutic strategies.

Summary The role of Processing bodies (P-bodies), key sites of post-transcriptional control, in adult stem cells remains poorly understood. Here, we report that adult Drosophila intestinal stem cells, but not surrounding differentiated cells such as absorptive Enterocytes (ECs), harbor P-bodies that contain Drosophila orthologs of mammalian P-body components DDX6, EDC3, EDC4 and LSM14A/B. A targeted RNAi screen in intestinal progenitor cells identified 39 previously known and 64 novel P-body regulators, including Patr-1 , a gene necessary for P-body assembly. Loss of Patr-1 -dependent P-bodies leads to a loss of stem cells that is associated with inappropriate translation and expression of EC-fate gene nubbin . Transcriptomic analysis of progenitor cells identifies a cadre of such weakly transcribed pro-differentiation transcripts that are elevated after P-body loss. Altogether, this study identifies a coordinated P-body dependent, translational and transcriptional repression program that maintains a defined set of in vivo stem cells in a state primed for differentiation. Graphical abstract Highlights Drosophila intestinal progenitor cells contain constitutive and ultrastructurally organized P-bodies. A P-body regulator Patr-1 is required for intestinal progenitor cell maintenance. Enterocyte (EC) genes such as nubbin are weakly transcribed but not translated in intestinal progenitors. P-bodies repress EC gene translation to promote stem cell maintenance.

Abstract The adult Drosophila intestinal epithelium is a model system for stem cell biology, but its utility is limited by current biochemical methods that lack cell type resolution. Here, we describe a new proximity-based profiling method that relies upon a GAL4 driver, termed intestinal-kickout-GAL4 ( I-KCKT-GAL4 ), exclusively expressed in intestinal progenitor cells. This method used UV cross-linked whole animal frozen powder as its starting material to immunoprecipitate the RNA cargoes of transgenic epitope-tagged RNA binding proteins driven by I-KCKT-GAL4 . When applied to the general mRNA-binder, poly(A)-binding protein, the RNA profile obtained by this method identified 98.8% of transcripts found after progenitor cell sorting, and had low background noise despite being derived from whole animal lysate. We also mapped the targets of the more selective RNA binder, Fragile Mental Retardation Protein, using enhanced CLIP, and report for the first time its binding motif in Drosophila cells. This method will therefore enable the RNA profiling of wildtype and mutant intestinal progenitor cells from intact flies exposed to normal and altered environments, as well as the identification of RNA-protein interactions critical for stem cell function. Summary Statement We report a dissection-free method to identify proximity-based RNA-protein interactions in an in vivo stem cell population, enabling molecular analysis of these cells at unprecedented speed and resolution.

ABSTRACT The regulation of stem cell survival, self-renewal, and differentiation is critical for the maintenance of tissue homeostasis. Although the involvement of signaling pathways and transcriptional control mechanisms in stem cell regulation have been extensively investigated, the role of post-transcriptional control is still poorly understood. Here we show that the nuclear activity of the RNA-binding protein Second Mitotic Wave Missing (Swm) is critical for Drosophila intestinal stem cells (ISCs) and their daughter cells, enteroblasts (EBs), to maintain their identity and function. Loss of swm in these intestinal progenitor cells leads ISCs and EBs to lose defined cell identities, fail to proliferate, and detach from the basement membrane, resulting in severe progenitor cell loss. swm loss further causes nuclear accumulation of poly(A)+ RNA in progenitor cells. Swm associates with transcripts involved in epithelial cell maintenance and adhesion, and the loss of swm , while not generally affecting the levels of these Swm-bound mRNAs, leads to elevated expression of proteins encoded by some of them, including the fly orthologs of Filamin and Talin. Taken together, this study indicates a role for Swm in adult stem cell maintenance, and raises the possibility that nuclear post-transcriptional gene regulation plays vital roles in controlling adult stem cell maintenance and function.

Abstract Dietary restriction (DR) extends healthy lifespan in diverse species. Age and nutrient-related changes in the abundance of microRNAs (miRNAs) and their processing factors have been linked to organismal longevity. However, the mechanisms by which they modulate lifespan and the tissue-specific role of miRNA mediated networks in DR dependent enhancement of lifespan remains largely unexplored. We show that two neuronally enriched and highly conserved microRNAs, miR-125 and let-7 mediate the DR response in Drosophila melanogaster . Functional characterization of miR-125 demonstrates its role in neurons while its target chinmo acts both in neurons and the fat body to modulate fat metabolism and longevity. Proteomic analysis revealed that Chinmo exerts its DR effects by regulating expression of FATP, CG2017, CG9577, CG17554, CG5009, CG8778, CG9527 and FASN1 . Our findings identify miR-125 as a conserved effector of DR pathway and open up the avenue for this small RNA molecule and its downstream effectors to be considered as potential drug candidates for treatment of late-onset diseases and biomarkers for healthy aging in humans.

The dramatic growth that occurs during Drosophila larval development requires rapid conversion of nutrients into biomass. Many larval tissues respond to these biosynthetic demands by increasing carbohydrate metabolism and lactate dehydrogenase (dLDH) activity. The resulting metabolic program is ideally suited to synthesize macromolecules and mimics the manner by which cancer cells rely on aerobic glycolysis. To explore the potential role of Drosophila dLDH in promoting biosynthesis, we examined how dLdh mutations influence larval development. Our studies unexpectantly found that dLdh mutants grow at a normal rate, indicating that dLDH is dispensable for larval biomass production. However, subsequent metabolomic analyses suggested that dLdh mutants compensate for the inability to produce lactate by generating excess glycerol-3-phosphate (G3P), the production of which also influences larval redox balance. Consistent with this possibility, larvae lacking both dLDH and G3P dehydrogenase (GPDH1) exhibit developmental delays, synthetic lethality, and aberrant carbohydrate metabolism. Considering that human cells also generate G3P upon Lactate Dehydrogenase A (LDHA) inhibition, our findings hint at a conserved mechanism in which the coordinate regulation of lactate and G3P synthesis imparts metabolic robustness upon growing animal tissues.