While ultraviolet (UV) radiation damages DNA, eliciting the DNA damage response (DDR), it also damages RNA, triggering transcriptome-wide ribosomal collisions and eliciting a ribotoxic stress response (RSR). However, the relative contributions, timing, and regulation of these pathways in determining cell fate is unclear. Here we use time-resolved phosphoproteomic, chemical-genetic, single-cell imaging, and biochemical approaches to create a chronological atlas of signaling events activated in cells responding to UV damage. We discover that UV-induced apoptosis is mediated by the RSR kinase ZAK and not through the DDR. We identify two negative-feedback modules that regulate ZAK-mediated apoptosis: (1) GCN2 activation limits ribosomal collisions and attenuates ZAK-mediated RSR and (2) ZAK activity leads to phosphodegron autophosphorylation and its subsequent degradation. These events tune ZAK's activity to collision levels to establish regimes of homeostasis, tolerance, and death, revealing its key role as the cellular sentinel for nucleic acid damage.

Abstract Subcellular location and activation of Tank Binding Kinase 1 (TBK1) govern precise progression through mitosis. Either loss of activated TBK1 or its sequestration from the centrosomes causes error in mitosis and growth defects. Yet, what regulates its recruitment and activation on the centrosomes is unknown. We identified that NAK Associated Protein 1 (NAP1) is essential for mitosis which binds to TBK1 on the centrosomes to activate it. Loss of NAP1 causes several mitotic and cytokinetic defects due to inactivation of TBK1. Our quantitative phosphoproteomics identified numerous TBK1 substrates that are not only confined to the centrosomes but also are associated with microtubules. Substrate motifs analysis indicates that TBK1 acts upstream of other essential cell cycle kinases like Aurora and PAK kinases. We also identified NAP1 as a TBK1 substrate at S318 promoting its degradation by ubiquitin proteasomal system acting as a negative regulatory step. These data uncover an important distinct function for the NAP1-TBK1 complex during cell division.

SUMMARY Accumulation of advanced glycation end products (AGEs) on biopolymers accompany cellular aging and drives poorly understood disease processes. Here, we studied how AGEs contribute to development of early on-set Parkinson’s Disease (PD) caused by loss-of-function of DJ1, a protein deglycase. In induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived midbrain organoid models deficient for DJ1 activity, we find that lysosomal proteolysis is impaired, causing AGEs to accumulate, α-synuclein (α-syn) phosphorylation to increase, and proteins to aggregate. These processes are at least partly driven by astrocytes, as DJ1 loss reduces their capacity to provide metabolic support and triggers acquisition of a pro-inflammatory phenotype. Consistently, in co-cultures, we find that DJ1-expressing astrocytes are able to reverse the proteolysis deficits of DJ1 knockout midbrain neurons. In conclusion, astrocytes’ capacity to clear toxic damaged proteins is critical to preserve neuronal function and their dysfunction contributes to the neurodegeneration observed in PD.