A number of cellular processes have evolved in metazoans that increase the proteome repertoire in relation to the genome, such as alternative splicing and translation recoding. Another such process, translational stop codon readthrough (SCR), generates C-terminally extended protein isoforms in many eukaryotes, including yeast, plants, insects, and humans. While comparative genome analyses have predicted the existence of programmed SCR in many species including humans, experimental proof of its functional consequences are scarce. We show that SCR of the Drosophila POU/Oct transcription factor Ventral veins lacking/Drifter (Vvl/Dfr) mRNA is prevalent in certain tissues in vivo, reaching a rate of 50% in the larval prothoracic gland. Phylogenetically, the C-terminal extension is conserved and harbors intrinsically disordered regions and amino acid stretches implied in transcriptional activation. Elimination of Vvl/Dfr translational readthrough by CRISPR/Cas9 mutagenesis changed the expression of a large number of downstream genes involved in processes such as chromatin regulation, neurogenesis, development, and immune response. As a proof-of-principle, we demonstrate that the C-terminal extension of Vvl/Dfr is necessary for correct timing of pupariation, by increasing the capacity to regulate its target genes. The extended Vvl/Dfr isoform acts in synergy with the transcription factor Molting defective (Mld) to increase the expression and biosynthesis of the steroid hormone ecdysone, thereby advancing pupariation. Consequently, late-stage larval development was prolonged and metamorphosis delayed in vvl/dfr readthrough mutants. We demonstrate that translational recoding of a POU/Oct transcription factor takes place in a highly tissue-specific and temporally controlled manner. This dynamic and regulated recoding is necessary for normal expression of a large number of genes involved in many cellular and developmental processes. Loss of Vvl/Dfr translational readthrough negatively affects steroid hormone biosynthesis and delays larval development and progression into metamorphosis. Thus, this study demonstrates how SCR of a transcription factor can act as a developmental switch in a spatiotemporal manner, feeding into the timing of developmental transitions between different life-cycle stages.

中文翻译：

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终止密码子通读改变果蝇发育过程中 POU/Oct 转录因子的活性

后生动物中已经进化出许多细胞过程，这些过程增加了与基因组相关的蛋白质组库，例如可变剪接和翻译重新编码。另一个这样的过程，翻译终止密码子通读 (SCR)，在许多真核生物（包括酵母、植物、昆虫和人类）中产生 C 末端延伸的蛋白质同种型。虽然比较基因组分析已经预测在包括人类在内的许多物种中存在程序化 SCR，但其功能后果的实验证据很少。我们显示果蝇 POU/Oct 转录因子腹静脉缺乏/漂移 (Vvl/Dfr) mRNA 的 SCR 在体内某些组织中普遍存在，在幼虫前胸腺中达到 50%。在系统发育上，C-末端延伸是保守的，并且包含本质上无序的区域和转录激活中隐含的氨基酸延伸。通过 CRISPR/Cas9 诱变消除 Vvl/Dfr 翻译通读改变了大量下游基因的表达，这些基因参与染色质调节、神经发生、发育和免疫反应等过程。作为原理证明，我们通过增加调节其靶基因的能力证明了 Vvl/Dfr 的 C 末端延伸对于正确的化蛹时间是必要的。扩展的 Vvl/Dfr 同种型与转录因子蜕皮缺陷 (Mld) 协同作用以增加类固醇激素蜕皮激素的表达和生物合成，从而促进蛹化。最后，vvl/dfr 通读突变体的后期幼虫发育延长和变态延迟。我们证明了 POU/Oct 转录因子的翻译重新编码以高度组织特异性和时间控制的方式发生。这种动态和受监管的重新编码对于参与许多细胞和发育过程的大量基因的正常表达是必要的。Vvl/Dfr 翻译通读的损失会对类固醇激素的生物合成产生负面影响，并延迟幼虫发育和进展为变态。因此，本研究展示了转录因子的 SCR 如何以时空方式充当发育开关，为不同生命周期阶段之间的发育转变时间提供信息。我们证明了 POU/Oct 转录因子的翻译重新编码以高度组织特异性和时间控制的方式发生。这种动态和受监管的重新编码对于参与许多细胞和发育过程的大量基因的正常表达是必要的。Vvl/Dfr 翻译通读的损失会对类固醇激素的生物合成产生负面影响，并延迟幼虫发育和进展为变态。因此，本研究展示了转录因子的 SCR 如何以时空方式充当发育开关，为不同生命周期阶段之间的发育转变时间提供信息。我们证明了 POU/Oct 转录因子的翻译重新编码以高度组织特异性和时间控制的方式发生。这种动态和受监管的重新编码对于参与许多细胞和发育过程的大量基因的正常表达是必要的。Vvl/Dfr 翻译通读的损失会对类固醇激素的生物合成产生负面影响，并延迟幼虫发育和进展为变态。因此，本研究展示了转录因子的 SCR 如何以时空方式充当发育开关，为不同生命周期阶段之间的发育转变时间提供信息。这种动态和受监管的重新编码对于参与许多细胞和发育过程的大量基因的正常表达是必要的。Vvl/Dfr 翻译通读的损失会对类固醇激素的生物合成产生负面影响，并延迟幼虫发育和进展为变态。因此，本研究展示了转录因子的 SCR 如何以时空方式充当发育开关，为不同生命周期阶段之间的发育转变时间提供信息。这种动态和受监管的重新编码对于参与许多细胞和发育过程的大量基因的正常表达是必要的。Vvl/Dfr 翻译通读的损失会对类固醇激素的生物合成产生负面影响，并延迟幼虫发育和进展为变态。因此，本研究展示了转录因子的 SCR 如何以时空方式充当发育开关，为不同生命周期阶段之间的发育转变时间提供信息。