During the last few years, several new small regulatory RNAs (sRNAs) have been discovered in bacteria. Most of them act as post-transcriptional regulators by base pairing to a target mRNA, causing translational repression or activation, or mRNA degradation. Numerous sRNAs have already been identified, but the number of experimentally verified targets is considerably lower. Consequently, computational target prediction is in great demand. Many existing target prediction programs neglect the accessibility of target sites and the existence of a seed, while other approaches are either specialized to certain types of RNAs or too slow for genome-wide searches.We introduce INTARNA, a new general and fast approach to the prediction of RNA-RNA interactions incorporating accessibility of target sites as well as the existence of a user-definable seed. We successfully applied INTARNA to the prediction of bacterial sRNA targets and determined the exact locations of the interactions with a higher accuracy than competing programs.http://www.bioinf.uni-freiburg.de/Software/

Abstract N6-methyladenosine (m6A) is the most abundant internal RNA modification in eukaryotic mRNAs and influences many aspects of RNA processing. miCLIP (m6A individual-nucleotide resolution UV crosslinking and immunoprecipitation) is an antibody-based approach to map m6A sites with single-nucleotide resolution. However, due to broad antibody reactivity, reliable identification of m6A sites from miCLIP data remains challenging. Here, we present miCLIP2 in combination with machine learning to significantly improve m6A detection. The optimized miCLIP2 results in high-complexity libraries from less input material. Importantly, we established a robust computational pipeline to tackle the inherent issue of false positives in antibody-based m6A detection. The analyses were calibrated with Mettl3 knockout cells to learn the characteristics of m6A deposition, including m6A sites outside of DRACH motifs. To make our results universally applicable, we trained a machine learning model, m6Aboost, based on the experimental and RNA sequence features. Importantly, m6Aboost allows prediction of genuine m6A sites in miCLIP2 data without filtering for DRACH motifs or the need for Mettl3 depletion. Using m6Aboost, we identify thousands of high-confidence m6A sites in different murine and human cell lines, which provide a rich resource for future analysis. Collectively, our combined experimental and computational methodology greatly improves m6A identification.

ABSTRACT N6-methyladenosine (m 6 A) is the most abundant internal RNA modification in eukaryotic mRNAs and influences many aspects of RNA processing. miCLIP (m 6 A individual-nucleotide resolution UV crosslinking and immunoprecipitation) is an antibody-based approach to map m 6 A sites with single-nucleotide resolution. However, due to broad antibody reactivity, reliable identification of m 6 A sites from miCLIP data remains challenging. Here, we present miCLIP2 in combination with machine learning to significantly improve m 6 A detection. The optimised miCLIP2 results in high-complexity libraries from less input material. Importantly, we established a robust computational pipeline to tackle the inherent issue of false positives in antibody-based m 6 A detection. The analyses are calibrated with Mettl3 knockout cells to learn the characteristics of m 6 A deposition, including m 6 A sites outside of DRACH motifs. To make our results universally applicable, we trained a machine learning model, m6Aboost, based on the experimental and RNA sequence features. Importantly, m6Aboost allows prediction of genuine m 6 A sites in miCLIP2 data without filtering for DRACH motifs or the need for Mettl3 depletion. Using m6Aboost, we identify thousands of high-confidence m 6 A sites in different murine and human cell lines, which provide a rich resource for future analysis. Collectively, our combined experimental and computational methodology greatly improves m 6 A identification. Highlights miCLIP2 produces complex libraries to map m 6 A RNA modifications Mettl3 KO miCLIP2 allows to identify Mettl3-dependent RNA modification sites Machine learning predicts genuine m 6 A sites from human and mouse miCLIP2 data without Mettl3 KO m 6 A modifications occur outside of DRACH motifs and associate with alternative splicing

Abstract During CART-19 immunotherapy for B-cell acute lymphoblastic leukaemia (B-ALL), many patients relapse due to loss of the cognate CD19 epitope. Since epitope loss can be caused by aberrant CD19 exon 2 processing, we herein investigate the regulatory code that controls CD19 splicing. We combine high-throughput mutagenesis with mathematical modelling to quantitatively disentangle the effects of all mutations in the region comprising CD19 exons 1-3. Thereupon, we identify ~200 single point mutations that alter CD19 splicing and thus could predispose B-ALL patients to CART-19 resistance. Furthermore, we report almost 100 previously unknown splice isoforms that emerge from cryptic splice sites and likely encode non-functional CD19 proteins. We further identify cis -regulatory elements and trans -acting RNA-binding proteins that control CD19 splicing (e.g., PTBP1 and SF3B4) and validate that loss of these factors leads to enhanced CD19 mis-splicing. Our dataset represents a comprehensive resource for potential prognostic factors predicting success of CART-19 therapy. Highlights Mutations in relapsed CART-19 patients lead to CD19 mis-splicing High-throughput mutagenesis uncovers ~200 single point mutations with a potential role in CART-19 therapy resistance Many mutations generate non-functional CD19 proteins by activating cryptic splice sites RNA-binding proteins such as PTBP1 are key to the expression of properly spliced, CART-19 immunotherapy-sensitive isoforms

Cells have evolved quality control mechanisms to ensure protein homeostasis by detecting and degrading aberrant mRNAs and proteins. A common source of aberrant mRNAs is premature polyadenylation, which can result in non-functional protein products. Translating ribosomes that encounter poly(A) sequences are terminally stalled, followed by ribosome recycling and decay of the truncated nascent polypeptide via the ribosome-associated quality control (RQC). Here, we demonstrate that the conserved RNA-binding E3 ubiquitin ligase Makorin Ring Finger Protein 1 (MKRN1) promotes ribosome stalling at poly(A) sequences during RQC. We show that MKRN1 interacts with the cytoplasmic poly(A)-binding protein (PABP) and is positioned upstream of poly(A) tails in mRNAs. Ubiquitin remnant profiling uncovers PABP and ribosomal protein RPS10, as well as additional translational regulators as main ubiquitylation substrates of MKRN1. We propose that MKRN1 serves as a first line of poly(A) recognition at the mRNA level to prevent production of erroneous proteins, thus maintaining proteome integrity.

Makorins are evolutionary conserved proteins that contain C3H-type zinc finger modules and a RING E3 ubiquitin ligase domain. In Drosophila maternal Makorin 1 (Mkrn1) has been linked to embryonic patterning but the mechanism remained unsolved. Here, we show that Mkrn1 is essential for axis specification and pole plasm assembly by translational activation of oskar . We demonstrate that Mkrn1 interacts with poly(A) binding protein (pAbp) and binds osk 3’ UTR in a region adjacent to A-rich sequences. This binding site overlaps with Bruno1 (Bru1) responsive elements (BREs), which regulate osk translation. We observe increased association of the translational repressor Bru1 with osk mRNA upon depletion of Mkrn1, indicating that both proteins compete for osk binding. Consistently, reducing Bru1 dosage partially rescues viability and Osk protein level in ovaries from Mkrn1 females. We conclude that Mkrn1 controls embryonic patterning and germ cell formation by specifically activating osk translation by displacing Bru1 from its 3’ UTR.Author Summary To ensure accurate development of the Drosophila embryo, proteins and mRNAs are positioned at specific sites within the embryo. Many of these proteins and mRNAs are produced and localized during the development of the egg in the mother. One protein essential for this process that has been heavily studied is Oskar (Osk), which is positioned at the posterior pole. During the localization of osk mRNA, its translation is repressed by the RNA-binding protein Bruno1 (Bru1), ensuring that Osk protein is not present outside of the posterior where it is harmful. At the posterior pole, osk mRNA is activated through mechanisms that are not yet understood. In this work, we show that the conserved protein Makorin 1 (Mkrn1) is a novel factor involved in the translational activation of osk . Mkrn1 binds specifically to osk mRNA in a region that overlaps with the binding site of Bru1, thus alleviating the association of Bru1 with osk . Moreover, Mkrn1 is stabilized by poly(A) binding protein, a translational activator that binds osk mRNA in close proximity to Mkrn1. Our work thus helps to answer a long-standing question in the field, providing insight about the function of Mkrn1 and more generally into embryonic patterning in animals.

Abstract The RNA-binding protein PURA has been implicated in the rare, monogenetic, neurodevelopmental disorder PURA Syndrome. PURA binds both DNA and RNA and has been associated with various cellular functions. Only little is known about its main cellular roles and the molecular pathways affected upon PURA depletion. Here, we show that PURA is predominantly located in the cytoplasm, where it binds to thousands of mRNAs. Many of these transcripts change abundance in response to PURA depletion. The encoded proteins suggest a role for PURA in immune responses, mitochondrial function, autophagy and processing (P)-body activity. Intriguingly, reduced PURA levels decrease the expression of the integral P-body components LSM14A and DDX6 and strongly affect P-body formation in human cells. Furthermore, PURA knockdown results in stabilization of P-body-enriched transcripts, whereas other mRNAs decrease. Hence, reduced PURA levels, as reported in patients with PURA Syndrome, influence the formation and composition of this phase-separated RNA processing machinery. Our study proposes PURA Syndrome as a new model to study the tight connection between P-body-associated RNA regulation and neurodevelopmental disorders. Graphical Abstract

Abstract Cancer cells achieve immortality by employing either homology-directed repair (HDR) or the telomerase enzyme to maintain telomeres. ALT (alternative lengthening of telomeres) refers to the subset of cancer cells that employ HDR. ALT mechanisms are strongly conserved from yeast to human cells, with the yeast equivalent being referred to as survivors. The non-coding RNA, TERRA and its ability to form RNA-DNA hybrids have been implicated in ALT/survivor maintenance by promoting HDR. It is not understood which telomeres in ALT/survivors engage in HDR, nor is it clear which telomeres upregulate TERRA. Using yeast survivors as a model for ALT, we demonstrate that HDR only occurs at telomeres when they become critically short. Moreover, TERRA levels steadily increase as telomeres shorten and decrease again following HDR-mediated recombination. Surprisingly, we observe that survivors undergo cycles of senescence, in a similar manner to non-survivors following telomerase loss, which we refer to as survivor associated senescence (SAS). Similar to “normal” senescence, we observe that RNA-DNA hybrids slow the rate of SAS by decreasing the rate of telomere shortening. In summary, TERRA RNA-DNA hybrids regulate telomere dysfunction-induced senescence in both pre- and post-crisis cells.

Human cancers frequently harbour mutations in DNA repair genes, rendering the use of DNA damaging agents as an effective therapeutic intervention. As therapy-resistant cells often arise, it is important to better understand the molecular pathways that drive resistance in order to facilitate the eventual targeting of such processes. We employ repair-defective diploid yeast as a model to demonstrate that, in response to genotoxic challenges, nearly all cells eventually undergo checkpoint adaptation, resulting in the generation of aneuploid cells with whole chromosome losses that have acquired resistance to the initial genotoxic challenge. We demonstrate that adaptation inhibition, either pharmacologically, or genetically, drastically reduces the occurrence of resistant cells. Additionally, the aneuploid phenotypes of the resistant cells can be specifically targeted to induce cytotoxicity. We provide evidence that TORC1 inhibition with rapamycin, in combination with DNA damaging agents, can prevent both checkpoint adaptation and the continued growth of aneuploid resistant cells.

RNA-binding proteins (RBPs) determine spatiotemporal gene expression by mediating active transport and local translation of cargo mRNAs. Here, we cast a transcriptome-wide view on the transported mRNAs and cognate RBP binding sites during endosomal messenger ribonucleoprotein (mRNP) transport in Ustilago maydis. Using individual-nucleotide resolution UV crosslinking and immunoprecipitation (iCLIP), we compare the key transport RBP Rrm4 and the newly identified endosomal mRNP component Grp1 that is crucial to coordinate hyphal growth. Both RBPs bind predominantly in the 3' untranslated region of thousands of shared cargo mRNAs, often in close proximity. Intriguingly, Rrm4 precisely binds at stop codons, which constitute landmark sites of translation, suggesting an intimate connection of mRNA transport and translation. Towards uncovering the code of recognition, we identify UAUG as specific binding motif of Rrm4 that is bound by its third RRM domain. Altogether, we provide first insights into the positional organisation of co-localising RBPs on individual cargo mRNAs.