The ubiquitin-proteasome system (UPS) functionality is vital for proteostasis, contributing to stress resilience, lifespan, and thermal adaptability. In Caenorhabditis elegans, proteasome constituents such as the RPN-6 and PBS-6 subunits or the PSME-3 activator are respectively linked to heat resistance, longevity at moderate cold (15°C), and survival at low temperatures (4°C). Since the inhibition of germline stem cells proliferation is associated with robust proteostasis in worms, we utilized floxuridine (FUdR), a compound known for inducing sterility, to examine whether it could reinforce UPS under proteasome dysfunction, particularly to foster cold survival. We demonstrate that FUdR promotes proteasome resilience during its inhibition or subunit deficits, supporting normal lifespan and facilitating adaptation to cold. FUdR9s elevation of the UPS activity occurs independently of main proteostasis regulators and is partly driven by SKN-1-regulated transcription, especially under reduced proteasome function. Additionally, we uncover a FUdR-stimulated detoxification pathway, distinct from both SKN-1 and the germline, with GST-24 emerging as a critical mediator of the UPS buffering. This research underscores FUdR9s role in the UPS modulation and its contribution to survival of worms in low-temperature conditions.

Abstract The principal component of the protein homeostasis network is the ubiquitin-proteasome system. Ubiquitination is mediated by an enzymatic cascade involving, i.e., E3 ubiquitin ligases, many of which belong to the cullin-RING ligases family. Genetic defects in the ubiquitin-proteasome system components, including cullin-RING ligases, are known causes of neurodevelopmental disorders. Using exome sequencing to diagnose a pediatric patient with developmental delay, pyramidal signs, and limb ataxia, we identified a de novo missense variant c.376G>C; p.(Asp126His) in the FEM1C gene encoding a cullin-RING ligase substrate receptor. This variant alters a conserved amino acid located within a highly constrained coding region and is predicted as pathogenic by most in silico tools. In addition, a de novo FEM1C mutation of the same residue p.(Asp126Val) was associated with an undiagnosed developmental disorder, and the relevant variant (FEM1C Asp126Ala ) was found to be functionally compromised in vitro . Our computational analysis showed that FEM1C Asp126His hampers protein substrate binding. To further assess its pathogenicity, we used the nematode Caenorhabditis elegans . We found that the FEM-1 Asp133His animals (expressing variant homologous to the FEM1C p.(Asp126Val)) had normal muscle architecture yet impaired mobility. Mutant worms were sensitive to the acetylcholinesterase inhibitor aldicarb but not levamisole (acetylcholine receptor agonist), showing that their disabled locomotion is caused by synaptic abnormalities and not muscle dysfunction. In conclusion, we provide the first evidence from an animal model suggesting that a mutation in the evolutionarily conserved FEM1C Asp126 position causes a neurodevelopmental disorder in humans.

Bacteroides fragilis comprises 1-5% of the gut microbiota in healthy humans but can expand to >50% of the population in ulcerative colitis (UC) patients experiencing inflammation. The mechanisms underlying such microbial blooms are poorly understood, but the gut of UC patients has physicochemical features that differ from healthy patients and likely impact microbial physiology. For example, levels of the secondary bile acid deoxycholate (DC) are highly reduced in the ileoanal J-pouch of UC colectomy patients. We isolated a B. fragilis strain from a UC patient with pouch inflammation (i.e. pouchitis) and developed it as a genetic model system to identify genes and pathways that are regulated by DC and that impact B. fragilis fitness in DC and crude bile. Treatment of B. fragilis with a physiologically relevant concentration of DC reduced cell growth and remodeled transcription of one-quarter of the genome. DC strongly induced expression of chaperones and select transcriptional regulators and efflux systems and downregulated protein synthesis genes. Using a barcoded collection of ≈50,000 unique insertional mutants, we further defined B. fragilis genes that contribute to fitness in media containing DC or crude bile. Genes impacting cell envelope functions including cardiolipin synthesis, cell surface glycosylation, and systems implicated in sodium-dependent bioenergetics were major bile acid fitness factors. As expected, there was limited overlap between transcriptionally regulated genes and genes that impacted fitness in bile when disrupted. Our study provides a genome-scale view of a B. fragilis bile response and genetic determinants of its fitness in DC and crude bile.