Intronic expansion of a hexanucleotide GGGGCC repeat in the chromosome 9 open reading frame 72 (C9ORF72) gene is the major cause of familial amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia. However, the cellular function of the C9ORF72 protein remains unknown. Here, we demonstrate that C9ORF72 regulates endosomal trafficking. C9ORF72 colocalized with Rab proteins implicated in autophagy and endocytic transport: Rab1, Rab5, Rab7 and Rab11 in neuronal cell lines, primary cortical neurons and human spinal cord motor neurons, consistent with previous predictions that C9ORF72 bears Rab guanine exchange factor activity. Consistent with this notion, C9ORF72 was present in the extracellular space and as cytoplasmic vesicles. Depletion of C9ORF72 using siRNA inhibited transport of Shiga toxin from the plasma membrane to Golgi apparatus, internalization of TrkB receptor and altered the ratio of autophagosome marker light chain 3 (LC3) II:LC3I, indicating that C9ORF72 regulates endocytosis and autophagy. C9ORF72 also colocalized with ubiquilin-2 and LC3-positive vesicles, and co-migrated with lysosome-stained vesicles in neuronal cell lines, providing further evidence that C9ORF72 regulates autophagy. Investigation of proteins interacting with C9ORF72 using mass spectrometry identified other proteins implicated in ALS; ubiquilin-2 and heterogeneous nuclear ribonucleoproteins, hnRNPA2/B1 and hnRNPA1, and actin. Treatment of cells overexpressing C9ORF72 with proteasome inhibitors induced the formation of stress granules positive for hnRNPA1 and hnRNPA2/B1. Immunohistochemistry of C9ORF72 ALS patient motor neurons revealed increased colocalization between C9ORF72 and Rab7 and Rab11 compared with controls, suggesting possible dysregulation of trafficking in patients bearing the C9ORF72 repeat expansion. Hence, this study identifies a role for C9ORF72 in Rab-mediated cellular trafficking.

Abstract The compaction of chromatin is a prevalent paradigm in gene repression. Chromatin compaction is commonly thought to repress transcription by restricting chromatin accessibility. However, the spatial organisation and dynamics of chromatin compacted by gene-repressing factors are unknown. Using cryo-electron tomography, we solved the three dimensional structure of chromatin condensed by the Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) in a complex with CBX8. PRC1-condensed chromatin is porous and stabilised through multivalent dynamic interactions of PRC1 with chromatin. Within condensates, PRC1 remains dynamic while maintaining a static chromatin structure. In differentiated mouse embryonic stem cells, CBX8-bound chromatin remains accessible. These findings challenge the idea of rigidly compacted polycomb domains and instead provides a mechanistic framework for dynamic and accessible PRC1-chromatin condensates.

Abstract Histone modifications are associated with distinct transcriptional states, but it is unclear whether they instruct gene expression. To investigate this, we mutated histone H3.3 K9 and K27 residues in mouse embryonic stem cells (mESCs). Here, we find that H3.3K9 is essential for controlling specific distal intergenic regions and for proper H3K27me3 deposition at promoters. The H3.3K9A mutation resulted in decreased H3K9me3 at regions encompassing endogenous retroviruses and induced a gain of H3K27ac and nascent transcription. These changes in the chromatin environment unleashed cryptic enhancers, resulting in the activation of distinctive transcriptional programs and culminating in protein expression normally restricted to specialized immune cell types. The H3.3K27A mutant disrupted deposition and spreading of the repressive H3K27me3 mark, particularly impacting bivalent genes with higher basal level of H3.3 at promoters. Therefore, H3.3K9 and K27 crucially orchestrate repressive chromatin states at cis -regulatory elements and bivalent promoters, respectively, and instruct proper transcription in mESCs.