Abstract RNA translation is tightly regulated to ensure proper protein expression in cells and tissues. Translation is often assayed with biochemical assays such as ribosome profiling and TRAP, which are effective in many contexts. These assays are however not ideal with limiting amounts of biological material when it can be difficult or even impossible to make an extract with sufficient signal or sufficient signal:noise. Because of our interest in translational regulation within the few Drosophila adult circadian neurons, we fused the ADAR catalytic domain (ADARcd) to several small subunit ribosomal proteins and assayed mRNA editing in Drosophila S2 cells. The strategy is named RiboTRIBE and is analogous to a recently published APOBEC-based method. The list of RiboTRIBE-edited transcripts overlaps well with ribosome profiling targets, especially with more highly ranked targets. There is also an enriched number of editing sites in ribosome-associated mRNA comparing to total mRNA, indicating that editing occurs preferentially on polyribosome-associated transcripts. The use of cycloheximide to freeze translating ribosomes causes a substantial increase in the number of RiboTRIBE targets, which is decreased by pretreating cells with the chain terminating drug puromycin. NOTE: Additional experiments performed after first submitting this manuscript to BioRxiv estimate that less than 5% of Rps28b-ADAR is ribosome-associated. This is because the vast majority of the fusion protein sediments at the top of a polyribosome gradient. We therefore suggest that most editing reported in the manuscript is not catalyzed by ribosome-associated ADAR (10/2/2021).

4E-BP (eIF4E-BP) represses translation initiation by binding to the 5'cap-binding protein eIF4E and inhibiting its activity. Although 4E-BP has been shown to be important in growth control, stress response, cancer, neuronal activity and mammalian circadian rhythms, it is not understood how it preferentially represses a subset of mRNAs. We successfully used hyperTRIBE (Targets of RNA-binding proteins identified by editing) to identify in vivo 4E- BP mRNA targets in both Drosophila and mammals under conditions known to activate 4E- BP. The protein associates with specific mRNAs, and ribosome profiling data show that mTOR inhibition changes the translational efficiency of 4E-BP TRIBE targets compared to non-targets. In both systems, these targets have specific motifs and are enriched in translation-related pathways, which correlate well with the known activity of 4E-BP and suggest that it modulates the binding specificity of eIF4E and contributes to mTOR translational specificity.

We previously developed TRIBE, a method for the identification of cell-specific RNA binding protein targets. TRIBE expresses an RBP of interest fused to the catalytic domain (cd) of the RNA editing enzyme ADAR and performs Adenosine-to-Inosine editing on RNA targets of the RBP. However, target identification is limited by the low editing efficiency of the ADARcd. Here we describe HyperTRIBE, which carries a previously characterized hyperactive mutation (E488Q) of the ADARcd. HyperTRIBE identifies dramatically more editing sites, many of which are also edited by TRIBE but at a much lower editing frequency. HyperTRIBE therefore more faithfully recapitulates the known binding specificity of its RBP than TRIBE. In addition, separating RNA binding from the enhanced editing activity of the HyperTRIBE ADAR catalytic domain sheds light on the mechanism of ADARcd editing as well as the enhanced activity of the HyperADARcd.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD) are two related neurodegenerative diseases that present with similar TDP-43 pathology in patient tissue. TDP-43 is an RNA-binding protein and forms aggregates in neurons of ALS and FTD patients as well as in a subset of patients diagnosed with other neurodegenerative diseases. Despite our understanding that TDP-43 is essential for many aspects of RNA metabolism, it remains obscure how TDP-43 dysfunction contributes to neurodegeneration. Interestingly, several neurological disorders display altered dendritic morphology and complexity, which are thought to precede neurodegeneration. In this study, we used TRIBE (targets of RNA-binding proteins identified by editing) as a new approach to identify signaling pathways that regulate dendritic branching downstream of TDP-43. We found that TDP-43 targets are enriched for pathways that signal to the CREB transcription factor. We further found that TDP-43 dysfunction inhibits CREB activation and CREB transcriptional output, and restoring CREB signaling rescued defects in dendritic branching. Our data therefore provide a novel mechanism by which TDP- 43 dysfunction interferes with dendritic branching, and define new pathways for therapeutic intervention in neurodegenerative diseases.