Abstract The nuclear envelope, which protects and organizes the interphase genome, is dismantled during mitosis. In the C. elegans zygote, nuclear envelope breakdown (NEBD) of the parental pronuclei is spatially and temporally regulated during mitosis to promote the unification of the parental genomes. During NEBD, Nuclear Pore Complex (NPC) disassembly is critical for rupturing the nuclear permeability barrier and removing the NPCs from the membranes near the centrosomes and between the juxtaposed pronuclei. By combining live imaging, biochemistry, and phosphoproteomics, we characterized NPC disassembly and unveiled the exact role of the mitotic kinase PLK-1 in this process. We show that PLK-1 disassembles the NPC by targeting multiple NPC sub-complexes, including the cytoplasmic filaments, the central channel, and the inner ring. Notably, PLK-1 is recruited to and phosphorylates intrinsically disordered regions of several multivalent linker nucleoporins, a mechanism that appears to be an evolutionarily conserved driver of NPC disassembly during mitosis. (149/150 words) One-Sentence Summary PLK-1 targets intrinsically disordered regions of multiple multivalent nucleoporins to dismantle the nuclear pore complexes in the C. elegans zygote.

Site-specific recombinases are potent tools to regulate gene expression. In particular, the Cre and FLP enzymes are widely used to either activate or inactivate genes in a precise spatiotemporal manner. Both recombinases work efficiently in the popular model organism Caenorhabditis elegans but their use in this nematode is still only sporadic. To increase the utility of the FLP system in C. elegans we have generated a series of single-copy transgenic strains that stably express an optimized version of FLP in specific tissues or by heat induction. We show that recombination efficiencies reach 100 percent in several cell types, such as muscles, intestine and serotonin producing neurons. Moreover, we demonstrate that most promoters drive recombination exclusively in the expected tissues. As examples of the potentials of the FLP lines we describe novel tools for induced cell ablation by expression of the PEEL-1 toxin and a versatile FLP-out cassette for generation of GFP-tagged conditional knockout alleles. Together with other recombinase-based reagents created by the C. elegans community this toolkit increases the possibilities for detailed analyses of specific biological processes at developmental stages inside intact animals.

Alterations in the nuclear envelope are linked to a variety of rare diseases termed laminopathies. These include both tissue specific and systemic diseases. A single amino acid substitution in human barrier to autointegration factor (BAF) at position 12 (A12T) causes Nestor-Guillermo Progeria Syndrome (NGPS). This premature ageing condition affects a variety of tissues, leading to growth retardation and severe skeletal defects, including scoliosis. Taking advantage of the conservation between human and C. elegans BAF proteins, we have modified the baf-1 locus in C. elegans to mimic the human NGPS mutation ( baf-1(G12T) ). In this work, we characterized the phenotypes caused by the G12T mutation at molecular, cellular, and organismal scale. We found that the mutation induced multiple phenotypes related to fertility, lifespan, and stress resistance. Importantly, nuclear morphology deteriorated faster during aging in baf-1(G12T) , relative to wild-type animals, coinciding with an important hallmark of cells from progeria patients. Nuclear envelope accumulation of lamin and emerin was reduced whereas localization of BAF-1(G12T) was similar to wild-type BAF-1. We determined the chromatin binding profiles for wild-type and mutant BAF-1 and performed transcriptome analyses through tissue-specific DamID. Although the global profiles for wild-type and G12T BAF-1 resembled one another, we also identified many discrete regions with altered BAF-1(G12T) association. Most genes deregulated by the baf-1(G12T) mutation were characterized by a change in BAF-1 association, suggesting a direct relation between association of a gene to BAF-1 and its expression. We conclude that C. elegans is a relevant model to understand how a mutation in an essential protein expressed throughout development triggers the appearance of symptoms in early childhood.

Abstract Control of gene expression in specific tissues and/or at certain stages of development allows the study and manipulation of gene function with high precision. Site-specific genome recombination by the Flippase (FLP) and Cre enzymes has proven particularly relevant. Joint efforts of many research groups have led to the creation of efficient FLP and Cre drivers to regulate gene expression in a variety of tissues in Caenorhabditis elegans . Here, we extend this toolkit by the addition of FLP lines that drive recombination specifically in distal tip cells, the somatic gonad, coelomocytes and the epithelial P lineage. In some cases, recombination-mediated gene knockouts do not completely deplete protein levels due to persistence of long-lived proteins. To overcome this, we developed a spatiotemporally regulated degradation system for GFP fusion proteins (GFPdeg) based on FLP-mediated recombination. Using two stable nuclear pore proteins, MEL-28/ELYS and NPP-2/NUP85 as examples, we report the benefit of combining tissue-specific gene knockout and protein degradation to achieve complete protein depletion. We also demonstrate that FLP-mediated recombination can be utilized to identify transcriptomes in a C. elegans tissue of interest. We have adapted RNA polymerase DamID (RAPID) for the FLP toolbox and by focusing on a well-characterized tissue, the hypodermis, we show that the vast majority of genes identified by RAPID are known to be expressed in this tissue. These tools allow combining FLP activity for simultaneous gene inactivation and transcriptomic profiling, thus enabling the inquiry of gene function in various complex biological processes.