The mimicry of host proteins by viruses contributes to their ability to suppress antiviral immunity and hijack host biosynthetic machinery 1 . Host adaptation to evade this exploitation depends on host protein functional redundancy 2 . Non-redundant, essential host proteins have limited potential to adapt without severe consequences 3 . Histones, which are essential for genome architecture and control of gene expression, are among the most evolutionary conserved proteins 4 . Here we show that the capsid protein of the flavivirus yellow fever virus (YFV), mimics histone H4 and interferes with chromatin gene regulation by BRD4, a bromodomain and extraterminal domain (BET) protein. Two acetyl-lysine residues of YFV capsid are embedded in a histone-like motif that interacts with the BRD4 bromodomain, affecting gene expression and influencing YFV replication. These findings reveal histone mimicry as a strategy employed by an RNA virus that replicates in the cytosol 5 and define convergent and distinct molecular determinants for motif recognition of the viral mimic versus histone H4.

SUMMARY Posttranslational modifications (PTMs) on histone proteins are a key source of regulation on chromatin through impacting genome organization and important cellular processes, including gene expression. These PTMs often arise from small metabolites and are thus impacted by cellular metabolism and environmental cues. One such class of metabolically regulated PTMs are histone acylations, which include histone acetylation, along with butyrylation, crotonylation, and propionylation. We asked whether histone acylations of intestinal epithelial cells (IECs) are regulated through the availability of short chain fatty acids (SCFAs), which are generated by the commensal microbiota in the intestinal lumen. We identified IECs from the cecum and distal mouse intestine as sites of high levels of histone acylations, including histone butyrylation and propionylation. We identified specific sites of butyrylation and propionylation on lysine 9 and 27 on histone H3. We demonstrate that these acylations are regulated by the microbiota, whereas histone butyrylation is additionally regulated by the metabolite tributyrin. Furthermore, we identify tributyrin-regulated gene programs that correlate with histone butyrylation and demonstrate that histone butyrylation (H3K27bu) is associated with active gene regulatory elements and levels of gene expression. Together, our observations demonstrate a physiological setting in which previously uncharacterized histone acylations are dynamically regulated and associated with gene expression.

Condensins are broadly conserved chromosome organizers that function in chromatin compaction and transcriptional regulation, but to what extent these two functions are linked has remained unclear. Here, we analyzed the effect of condensin inactivation on genome compaction and global gene expression in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Spike-in-controlled 3C-seq analysis revealed that acute condensin inactivation leads to a global decrease in close-range chromosomal interactions as well as more specific losses of homotypic tRNA gene clustering. In addition, a condensin-rich topologically associated domain between the ribosomal DNA and the centromere on chromosome XII is lost upon condensin inactivation. Unexpectedly, these large-scale changes in chromosome architecture are not associated with global changes in transcript levels as determined by spike-in-controlled mRNA-seq analysis. Our data suggest that the global transcriptional program of S. cerevisiae is resistant to condensin inactivation and the associated profound changes in genome organization.

The properties of the cell types that are most vulnerable in Huntington's disease (HD) cortex, the nature of somatic CAG expansions of mHTT in these cells, and their importance in CNS circuitry have not been delineated. Here we employed serial fluorescence activated nuclear sorting (sFANS), deep molecular profiling, and single nucleus RNA sequencing (snRNAseq) to demonstrate that layer 5a pyramidal neurons are selectively vulnerable in primary motor cortex and other cortical areas of HD donors. Extensive mHTT-CAG expansions occur in vulnerable layer 5a pyramidal cells, and in Betz cells, layer 6a, layer 6b neurons that are not lost in HD. Retrograde tracing experiments in macaque brains identify the vulnerable layer 5a neurons as corticostriatal pyramidal cells. Our data establish that mHTT-CAG expansion is not sufficient for cell loss in the cerebral cortex of HD, suggesting that cortico-striatal disconnection in HD patients may play an important role in neurodegeneration.

Biallelic pathogenic variants in the essential DNA repair gene

Abstract The Hippo signaling pathway acts as a brake on regeneration in many tissues. This cascade of kinases culminates in the phosphorylation of the transcriptional cofactors Yap and Taz, whose concentration in the nucleus consequently remains low. Various types of cellular stress can reduce phosphorylation, however, resulting in the accumulation of Yap and Taz in the nucleus and subsequently in mitosis. We earlier identified a small molecule, TRULI, that blocks the final kinases in the pathway, Lats1 and Lats2, and thus elicits proliferation of several cell types that are ordinarily post-mitotic and aids regeneration in mammals. In the present study we present the results of chemical modification of the original compound and demonstrate that a derivative, TDI-011536, is an effective blocker of Lats kinases in vitro at nanomolar concentrations. The compound fosters extensive proliferation in retinal organoids derived from human induced pluripotent stem cells. Intraperitoneal administration of the substance to mice suppresses Yap phosphorylation for several hours and induces transcriptional activation of its target genes in the heart, liver, and skin. Moreover, the compound initiates the proliferation of cardiomyocytes in adult mice following cardiac cryolesions. After further chemical refinement, related compounds might prove useful in protective and regenerative therapies. Significance Statement In humans and other mammals, many organs regenerate through the proliferation of cells that replace those that have succumbed to aging or injury. However, proliferation is largely absent in certain critical organs, including the heart, the central nervous system, and sensory organs such as the inner ear and retina. The Hippo-Yap biochemical signaling pathway, a cascade of proteins that—when active—inhibits cell division, constitutes one impediment to proliferation. We earlier identified a small molecule that interrupts Hippo-Yap signaling and thus relieves this block for some non-proliferating cells in vitro . In the present investigation, we have chemically modified the original substance to yield a more potent analog that is effective for several hours in mammalian tissues in vivo and initiates the proliferation of heart-muscle cells after cryolesioning. After further refinements, compounds of this family might prove useful in regenerative therapies.

SUMMARY Brain region-specific degeneration and somatic expansions of the mutant Huntingtin (mHTT) CAG tract are key features of Huntington’s disease (HD). However, the relationships between CAG expansions, death of specific cell types, and molecular events associated with these processes are not established. Here we employed fluorescence-activated nuclear sorting (FANS) and deep molecular profiling to gain insight into the properties of cell types of the human striatum and cerebellum in HD and control donors. CAG expansions arise in striatal medium spiny neurons (MSNs) and cholinergic interneurons, in cerebellar Purkinje neurons, and at mATXN3 in MSNs from SCA3 donors. CAG expansions in MSNs are associated with higher levels of MSH2 and MSH3 (forming MutSβ), which can inhibit nucleolytic excision of CAG slip-outs by FAN1 in a concentration-dependent manner. Our data indicate that ongoing CAG expansions are not sufficient for cell death, and identify transcriptional changes associated with somatic CAG expansions and striatal toxicity.

Developing neurons undergo a progression of morphological and gene expression changes as they transition from neuronal progenitors to mature, multipolar neurons. Here we use RNA-seq and H3K4me3 and H3K27me3 ChIP-seq to analyze how chromatin modifications control gene expression in a specific type of CNS neuron, the mouse cerebellar granule cell (GC). We find that in proliferating GC progenitors (GCPs), H3K4me3/H3K27me3 bivalency is common at neuronal genes and undergoes dynamic changes that correlate with gene expression during migration and circuit formation. Expressing a fluorescent sensor for bivalent H3K4me3 and H3K27me3 domains revealed subnuclear bivalent foci in proliferating GCPs. Inhibiting H3K27 methyltransferases EZH1 and EZH2 in vitro and in organotypic cerebellar slices dramatically altered the expression of bivalent genes and induced the downregulation of migration-related genes and upregulation of synaptic genes, inhibited glial-guided migration, and accelerated terminal differentiation. Thus, histone bivalency is required to regulate the timing of the progression from progenitor cells to mature neurons.

Dysregulated epigenetic states are a hallmark of cancer and often arise from genetic alterations in epigenetic regulators. This includes missense mutations in histones, which, together with associated DNA, form nucleosome core particles. However, the oncogenic mechanisms of most histone mutations are unknown. Here, we demonstrate that cancer-associated histone mutations at arginines in the histone H3 N-terminal tail disrupt repressive chromatin domains, alter gene regulation, and dysregulate differentiation. We find that histone H3R2C and R26C mutants reduce transcriptionally repressive H3K27me3. While H3K27me3 depletion in cells expressing these mutants is exclusively observed on the minor fraction of histone tails harboring the mutations, the same mutants recurrently disrupt broad H3K27me3 domains in the chromatin context, including near developmentally regulated promoters. H3K27me3 loss leads to de-repression of differentiation pathways, with concordant effects between H3R2 and H3R26 mutants despite different proximity to the PRC2 substrate, H3K27. Functionally, H3R26C-expressing mesenchymal progenitor cells and murine embryonic stem cell-derived teratomas demonstrate impaired differentiation. Collectively, these data show that cancer-associated H3 N-terminal arginine mutations reduce PRC2 activity and disrupt chromatin-dependent developmental functions, a cancer-relevant phenotype.