A simple and robust method for targeted mutagenesis in zebrafish has long been sought. Previous methods generate monoallelic mutations in the germ line of F0 animals, usually delaying homozygosity for the mutation to the F2 generation. Generation of robust biallelic mutations in the F0 would allow for phenotypic analysis directly in injected animals. Recently the type II prokaryotic clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated proteins (Cas) system has been adapted to serve as a targeted genome mutagenesis tool. Here we report an improved CRISPR/Cas system in zebrafish with custom guide RNAs and a zebrafish codon-optimized Cas9 protein that efficiently targeted a reporter transgene Tg(-5.1mnx1:egfp) and four endogenous loci ( tyr , golden , mitfa , and ddx19 ). Mutagenesis rates reached 75–99%, indicating that most cells contained biallelic mutations. Recessive null-like phenotypes were observed in four of the five targeting cases, supporting high rates of biallelic gene disruption. We also observed efficient germ-line transmission of the Cas9-induced mutations. Finally, five genomic loci can be targeted simultaneously, resulting in multiple loss-of-function phenotypes in the same injected fish. This CRISPR/Cas9 system represents a highly effective and scalable gene knockout method in zebrafish and has the potential for applications in other model organisms.

In order to identify additional factors required for nuclear export of messenger RNA, a genetic screen was conducted with a yeast mutant deficient in a factor Gle1p, which associates with the nuclear pore complex (NPC). The three genes identified encode phospholipase C and two potential inositol polyphosphate kinases. Together, these constitute a signaling pathway from phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to inositol hexakisphosphate (IP 6 ). The common downstream effects of mutations in each component were deficiencies in IP 6 synthesis and messenger RNA export, indicating a role for IP 6 in GLE1 function and messenger RNA export.

Passive macromolecular diffusion through nuclear pore complexes (NPCs) is thought to decrease dramatically beyond a 30–60-kD size threshold. Using thousands of independent time-resolved fluorescence microscopy measurements in vivo, we show that the NPC lacks such a firm size threshold; instead, it forms a soft barrier to passive diffusion that intensifies gradually with increasing molecular mass in both the wild-type and mutant strains with various subsets of phenylalanine-glycine (FG) domains and different levels of baseline passive permeability. Brownian dynamics simulations replicate these findings and indicate that the soft barrier results from the highly dynamic FG repeat domains and the diffusing macromolecules mutually constraining and competing for available volume in the interior of the NPC, setting up entropic repulsion forces. We found that FG domains with exceptionally high net charge and low hydropathy near the cytoplasmic end of the central channel contribute more strongly to obstruction of passive diffusion than to facilitated transport, revealing a compartmentalized functional arrangement within the NPC.

The intricacy of nuclear pore complex (NPC) biogenesis imposes risks of failure that can cause defects in nuclear transport and nuclear envelope morphology, however, cellular mechanisms utilized to alleviate NPC assembly stress are not well-defined. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, we demonstrate that NVJ1 - and MDM1 -enriched nuclear envelope (NE)-vacuole contacts increase when NPC assembly is compromised in several nup mutants, including nup116ΔGLFG cells. These interorganelle nucleus-vacuole junctions (NVJs) cooperate with lipid droplets to maintain viability and enhance NPC formation in assembly mutants. Additionally, NVJs function with ATG1 to promote vacuole-dependent remodeling in nup116ΔGLFG cells, which also correlates with proper NPC formation. Importantly, NVJs significantly improve the physiology of NPC assembly mutants, despite having only negligible effects when NPC biogenesis is unperturbed. Collectively, these results define how NE-vacuole interorganelle contacts coordinate responses to mitigate deleterious cellular effects caused by disrupted NPC assembly.

Abstract Gle1 is a conserved, essential regulator of DEAD-box RNA helicases, with critical roles defined in mRNA export, translation initiation, translation termination, and stress granule formation. Mechanisms that specify which, where and when DDXs are targeted by Gle1 are critical to understand. In addition to roles for stress-induced phosphorylation and inositol hexakisphosphate (IP 6 ) binding in specifying Gle1 function, Gle1 oligomerizes via its N-terminal domain in a phosphorylation-dependent manner. However, a thorough analysis of the role for Gle1 self-association is lacking. Here, we find that Gle1 self-association is driven by two distinct regions: a coiled-coil domain and a novel ten amino acid aggregation prone region, both of which are necessary for proper Gle1 oligomerization. By exogenous expression in HeLa cells, we tested the function of a series of mutations that impact the oligomerization domains of the Gle1A and Gle1B isoforms. Gle1 oligomerization is necessary for many, but not all aspects of Gle1A and Gle1B function, and the requirements for each interaction domain differ. Whereas the coiled-coil domain and aggregation prone region additively contribute to competent mRNA export and stress granule formation, both self-association domains are independently required for regulation of translation under cellular stress. In contrast, Gle1 self-association is dispensable for phosphorylation and non-stressed translation initiation. Collectively, we reveal self-association functions as an additional mode of Gle1 regulation to ensure proper mRNA export and translation. This work also provides further insight into the mechanisms underlying human gle1 disease mutants found in prenatally lethal forms of arthrogryposis.