Abstract Inositol hexakisphosphate kinases (IP6Ks) are ubiquitously expressed small molecule kinases that catalyze the conversion of the inositol phosphate IP6 to 5-IP7. IP6Ks have been reported to influence cellular functions by protein-protein interactions independent of their enzymatic activity. Here, we show that IP6K1 regulates the formation of processing bodies (P-bodies), which are cytoplasmic ribonucleoprotein granules that serve as sites for storage of translationally repressed mRNA. Cells with reduced levels of IP6K1 display a dramatic reduction in the number of P-bodies, which can be restored by the expression of active or catalytically inactive IP6K1. IP6K1 does not localize to P-bodies, but instead facilitates the formation of P-bodies by promoting translation suppression. We demonstrate that IP6K1 is present on ribosomes, where it interacts with proteins that constitute the mRNA decapping complex – the scaffold protein EDC4, activator proteins DCP1A/B, and the decapping enzyme DCP2. IP6K1 also interacts with components of the eIF4F translation initiation complex – the scaffolding protein eIF4G1, the RNA helicase eIF4A2, and the cap binding protein eIF4E. The RNA helicase DDX6 and the eIF4E binding protein 4E-T are known to promote translation suppression to facilitate P-body formation. We show that IP6K1 binds to DDX6 and promotes the interaction of DDX6 and 4E-T with the cap binding protein eIF4E, and also enhances the binding between DDX6 and EDC4, thus acting to suppress mRNA translation and promote mRNA decapping. Our findings unveil IP6K1 as a novel facilitator of proteome remodelling on the mRNA cap, tipping the balance in favour of translation repression over initiation, and thus leading to the formation of P-bodies.

Inositol pyrophosphates (PP-IPs) are a sub-family of water soluble inositol phosphates that possess one or more diphosphate groups. PP-IPs can transfer their β-phosphate group to a phosphorylated Ser residue to generate pyrophosphorylated Ser. This unique post-translational modification occurs on Ser residues that lie in acidic stretches within an intrinsically disordered protein sequence. Serine pyrophosphorylation is dependent on the presence of Mg2+ ions, but does not require an enzyme for catalysis. The mechanisms by which cells can regulate this enzyme-independent modification are still unknown. Here, we show that IP6K1, an enzyme responsible for the synthesis of the PP-IP 5-IP7, interacts with several proteins that undergo 5-IP7 mediated pyrophosphorylation, and with CK2, a protein kinase that phosphorylates Ser residues prior to pyrophosphorylation. We characterized the interaction of IP6K1 with AP3B1, the β subunit of the AP3 adaptor protein complex, which is a known pyrophosphorylation substrate. We observe the formation of a protein complex between IP6K1, AP3B1, and the catalytic α-subunit of CK2, and show that disrupting IP6K1 binding to AP3B1 lowers its in vivo pyrophosphorylation. We propose that assembly of a substrate-CK2-IP6K complex would allow for coordinated pre-phosphorylation and pyrophosphorylation of the target serine residue, and provide a mechanism to regulate this enzyme-independent modification.

ABSTRACT 18S nonfunctional rRNA decay (NRD) detects and eliminates translationally nonfunctional 18S rRNA. While this process is critical for ribosome quality control, the mechanisms underlying nonfunctional 18S rRNA turnover remain elusive. NRD was originally identified and has exclusively been studied in Saccharomyces cerevisiae. Here, we show that 18S NRD is conserved in mammals. Using genome-wide CRISPR genetic interaction screens, we find that mammalian NRD acts through the integrated stress response (ISR) via GCN2 and ribosomal protein ubiquitination by RNF10. Selective ribosome profiling reveals nonfunctional 18S rRNA induces translational arrest at start sites. Indeed, biochemical analyses demonstrate that ISR activation limits translation initiation and attenuates collisions between scanning 43S preinitiation complexes and nonfunctional 80S ribosomes arrested at start sites. Overall, the ISR promotes nonfunctional 18S rRNA and 40S ribosomal protein turnover by RNF10-mediated ubiquitination. These findings establish a dynamic feedback mechanism by which the GCN2-RNF10 axis surveils ribosome functionality at translation initiation.

The transcription factor MYC regulates cell survival and growth, and its level is tightly controlled in normal cells. Here, we report that serine pyrophosphorylation, an enigmatic posttranslational modification triggered by inositol pyrophosphate signaling molecules, controls MYC levels via regulated protein degradation. We find that endogenous MYC is stabilized and less polyubiquitinated in cells with reduced inositol pyrophosphates. We show that the inositol pyrophosphate 5-IP7 transfers its high-energy beta phosphate moiety to pre-phosphorylated serine residues in the central PEST domain of MYC. Pyrophosphorylation of MYC promotes its interaction with the E3 ubiquitin ligase FBW7, thereby enhancing MYC polyubiquitination and degradation. FBW7 can bind directly to the PEST domain of MYC in a pyrophosphorylation-dependent manner. A stabilized, pyrophosphorylation-deficient form of MYC increases cell death during growth stress in untransformed cells, and promotes cell proliferation in response to mitogens. Thus, control of MYC stability through a novel pyro-phosphodegron provides unexpected insight into the regulation of cell survival in response to environmental cues.