Abstract The auxin-inducible degradation system in C. elegans allows for spatial and temporal control of protein degradation via heterologous expression of a single Arabidopsis thaliana F-box protein, transport inhibitor response 1 (AtTIR1). In this system, exogenous auxin (Indole-3-acetic acid; IAA) enhances the ability of AtTIR1 to function as a substrate recognition component that adapts engineered degron-tagged proteins to the endogenous C. elegans E3 ubiquitin ligases complex [SKR-1/2-CUL-1-F-box (SCF)], targeting them for degradation by the proteosome. While this system has been employed to dissect the developmental functions of many C. elegans proteins, we have found that several auxin-inducible degron (AID)-tagged proteins are constitutively degraded by AtTIR1 in the absence of auxin, leading to undesired loss-of-function phenotypes. In this manuscript, we adapt an orthogonal auxin derivative/mutant AtTIR1 pair [C. elegans AID version 2 (C.e.AIDv2)] that transforms the specificity of allosteric regulation of TIR1 from IAA to one that is dependent on an auxin derivative harboring a bulky aryl group (5-Ph-IAA). We find that a mutant AtTIR1(F79G) allele that alters the ligand-binding interface of TIR1 dramatically reduces ligand-independent degradation of multiple AID*-tagged proteins. In addition to solving the ectopic degradation problem for some AID-targets, the addition of 5-Ph-IAA to culture media of animals expressing AtTIR1(F79G) leads to more penetrant loss-of-function phenotypes for AID*-tagged proteins than those elicited by the AtTIR1-IAA pairing at similar auxin analog concentrations. The improved specificity and efficacy afforded by the mutant AtTIR1(F79G) allele expand the utility of the AID system and broaden the number of proteins that can be effectively targeted with it.

Abstract The structure of DNA replication forks is preserved by TIMELESS (TIM) in the fork protection complex (FPC) to support seamless fork progression. While the scaffolding role of the FPC to couple the replisome activity is much appreciated, the detailed mechanism whereby inherent replication fork damage is sensed and counteracted during DNA replication remains largely elusive. Here, we implemented an auxin-based degron system that rapidly triggers inducible proteolysis of TIM as a source of endogenous DNA replication stress and replisome dysfunction to dissect the signaling events that unfold at stalled forks. We demonstrate that acute TIM degradation activates the ATR-CHK1 checkpoint, whose inhibition culminates in replication catastrophe by single-stranded DNA accumulation and RPA exhaustion. Mechanistically, unrestrained replisome uncoupling, excessive origin firing, and aberrant reversed fork processing account for the synergistic fork instability. Simultaneous TIM loss and ATR inactivation triggers DNA-PK-dependent CHK1 activation, which is unexpectedly necessary for promoting fork breakage by MRE11 and catastrophic cell death. We propose that acute replisome dysfunction results in a hyper-dependency on ATR to activate local and global fork stabilization mechanisms to counteract irreversible fork collapse. Our study identifies TIM as a point of replication vulnerability in cancer that can be exploited with ATR inhibitors.

Abstract TIMELESS (TIM) in the fork protection complex acts as a scaffold of the replisome to prevent its uncoupling and ensure efficient DNA replication fork progression. Nevertheless, its underlying basis for coordinating leading and lagging strand synthesis to limit single-stranded DNA (ssDNA) exposure remains elusive. Here, we demonstrate that acute degradation of TIM at ongoing DNA replication forks induces the accumulation of ssDNA gaps stemming from defective Okazaki fragment (OF) processing. Cells devoid of TIM fail to support the poly(ADP-ribosyl)ation necessary for backing up the canonical OF processing mechanism mediated by LIG1 and FEN1. Consequently, recruitment of XRCC1, a known effector of PARP1-dependent single-strand break repair, to post-replicative ssDNA gaps behind replication forks is impaired. Physical disruption of the TIM–PARP1 complex phenocopies the rapid loss of TIM, indicating that the TIM–PARP1 interaction is critical for the activation of this compensatory pathway. Accordingly, combined deficiency of FEN1 and the TIM–PARP1 interaction leads to synergistic DNA damage and cytotoxicity. We propose that TIM is essential for the engagement of PARP1 to the replisome to coordinate lagging strand synthesis with replication fork progression. Our study identifies TIM as a synthetic lethal target of OF processing enzymes that can be exploited for cancer therapy.

ABSTRACT The auxin-inducible degradation system in C. elegans allows for spatial and temporal control of protein degradation via heterologous expression of a single Arabidopsis thaliana F-box protein, transport inhibitor response 1 ( At TIR1). In this system, exogenous auxin (Indole-3-acetic acid; IAA) enhances the ability of At TIR1 to function as a substrate recognition component that adapts engineered degron-tagged proteins to the endogenous C. elegans E3 ubiquitin ligases complex (SKR-1/2-CUL-1-F-box (SCF)), targeting them for degradation by the proteosome. While this system has been employed to dissect the developmental functions of many C. elegans proteins, we have found that several auxin-inducible degron (AID)-tagged proteins are constitutively degraded by At TIR1 in the absence of auxin, leading to undesired loss-of-function phenotypes. In this manuscript, we adapt an orthogonal auxin-derivative/mutant At TIR1 pair ( C. elegans AID version 2 ( C.e. AIDv2)) that transforms the specificity of allosteric regulation of TIR1 from IAA to one that is dependent on an auxin derivative harboring a bulky aryl group (5-Ph-IAA). We find that a mutant At TIR1(F79G) allele that alters the ligand binding interface of TIR1 dramatically reduces ligand-independent degradation of multiple AID*-tagged proteins. In addition to solving the ectopic degradation problem for some AID targets, addition of 5-Ph-IAA to culture media of animals expressing At TIR1(F79G) leads to more penetrant loss-of-function phenotypes for AID*-tagged proteins than those elicited by the At TIR1-IAA pairing at similar auxin analog concentrations. The improved specificity and efficacy afforded by the mutant At TIR1(F79G) allele expands the utility of the AID system and broadens the number of proteins that can be effectively targeted with it. ARITCLE SUMMARY Implementation of the auxin induced degradation (AID) system has increased the power if the C. elegans model through its ability to rapidly degrade target proteins in the presence of the plant hormone auxin (IAA). The current C.e .AID system is limited in that a substantial level of target degradation occurs in the absence of ligand and full levels of target protein degradation require high levels of auxin inducer. In this manuscript, we modify the AID system to solve these problems.

Polyamines are essential growth factors for normal and malignant cells. Cells obtain polyamines via biosynthesis or transport from the extracellular environment. Polyamine depletion therapy is an attractive option to inhibit the growth of cancer cells. An FDA approved drug inhibits polyamine biosynthesis, however malignant cells typically respond by upregulating the polyamine transport system. Therefore, a dual therapy simultaneously targeting the biosynthetic and transport pathways is desirable. However, this approach is currently hampered by a poor understanding of the transport system in multicellular eukaryotes. To address this problem, we used RNA‐Seq to identify genes that are up‐ or down‐regulated under conditions where Drosophila larvae must transport polyamines to survive. From the screen 36 candidate genes for roles in polyamine transport were identified. We have also developed a functional genetic assay to test individual candidate genes. Our results suggest the existence of tissue‐specific polyamine transport systems, and post‐transcriptional regulation of polyamine transport. Support or Funding Information University of Central Florida, College of Sciences Seed Award This abstract is from the Experimental Biology 2019 Meeting. There is no full text article associated with this abstract published in The FASEB Journal .