We developed a method, named GraFix, that considerably improves sample quality for structure determination by single-particle electron cryomicroscopy (cryo-EM). GraFix uses a glycerol gradient centrifugation step in which the complexes are centrifuged into an increasing concentration of a chemical fixation reagent to prevent aggregation and to stabilize individual macromolecules. The method can be used to prepare samples for negative-stain, cryo-negative-stain and, particularly, unstained cryo-EM.

Inducing changes in the levels of the MYC oncoprotein is shown to activate and repress specific sets of target genes that are characteristic of tumour cells, providing an insight into the mechanism by which MYC can stimulate tumorigenesis in contrast to its physiological role. The mammalian Myc oncoprotein is a transcription factor that binds to thousands of promoters. Two current models for Myc function propose that it is either a gene-specific regulator of transcription, or a global amplifier of all active genes. Two groups reporting in this issue of Nature present evidence in support of the idea that Myc regulates specific genes. Arianna Sabò et al. analyse Myc genomic distribution and RNA expression profiles during B-cell lymphomagenesis in mice and Susanne Walz et al. compare normal cells and Myc-transformed tumour cells. Although both groups find that Myc overexpression can result in a general increase in gene expression, the effect is an indirect one. Modulated by various other transcription factors, Myc seems to act primarily by regulating specific groups of genes. In mammalian cells, the MYC oncoprotein binds to thousands of promoters1,2,3,4. During mitogenic stimulation of primary lymphocytes, MYC promotes an increase in the expression of virtually all genes1. In contrast, MYC-driven tumour cells differ from normal cells in the expression of specific sets of up- and downregulated genes that have considerable prognostic value5,6,7. To understand this discrepancy, we studied the consequences of inducible expression and depletion of MYC in human cells and murine tumour models. Changes in MYC levels activate and repress specific sets of direct target genes that are characteristic of MYC-transformed tumour cells. Three factors account for this specificity. First, the magnitude of response parallels the change in occupancy by MYC at each promoter. Functionally distinct classes of target genes differ in the E-box sequence bound by MYC, suggesting that different cellular responses to physiological and oncogenic MYC levels are controlled by promoter affinity. Second, MYC both positively and negatively affects transcription initiation independent of its effect on transcriptional elongation8. Third, complex formation with MIZ1 (also known as ZBTB17)9 mediates repression of multiple target genes by MYC and the ratio of MYC and MIZ1 bound to each promoter correlates with the direction of response.

Abstract For decades, human cytomegalovirus (HCMV) was thought to express ≈200 viral proteins during lytic infection. In recent years, systems biology approaches uncovered hundreds of additional viral gene products and suggested thousands of viral sites of transcription initiation. Despite all available data, the molecular mechanisms of HCMV gene regulation remain poorly understood. Here, we provide a unifying model of productive HCMV gene expression employing transcription start site profiling combined with metabolic RNA labeling as well as integrative computational analysis of previously published big data. This approach defined the expression of >2,600 high confidence viral transcripts and explained the complex kinetics of viral protein expression by cumulative effects of translation of incoming virion-associated RNA, multiple transcription start sites with distinct kinetics per viral open reading frame, and differences in viral protein stability. Most importantly, we identify pervasive transcription of transient RNAs as a common feature of this large DNA virus with its human host.

Objective The hallmark oncogene MYC drives the progression of most tumours, but direct inhibition of MYC by a small-molecule drug has not reached clinical testing. MYC is a transcription factor that depends on several binding partners to function. We therefore explored the possibility of targeting MYC via its interactome in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). Design To identify the most suitable targets among all MYC binding partners, we constructed a targeted shRNA library and performed screens in cultured PDAC cells and tumours in mice. Results Unexpectedly, many MYC binding partners were found to be important for cultured PDAC cells but dispensable in vivo. However, some were also essential for tumours in their natural environment and, among these, the ATPases RUVBL1 and RUVBL2 ranked first. Degradation of RUVBL1 by the auxin-degron system led to the arrest of cultured PDAC cells but not untransformed cells and to complete tumour regression in mice, which was preceded by immune cell infiltration. Mechanistically, RUVBL1 was required for MYC to establish oncogenic and immunoevasive gene expression identifying the RUVBL1/2 complex as a druggable vulnerability in MYC-driven cancer. Conclusion One implication of our study is that PDAC cell dependencies are strongly influenced by the environment, so genetic screens should be performed in vitro and in vivo. Moreover, the auxin-degron system can be applied in a PDAC model, allowing target validation in living mice. Finally, by revealing the nuclear functions of the RUVBL1/2 complex, our study presents a pharmaceutical strategy to render pancreatic cancers potentially susceptible to immunotherapy.

Abstract Nucleoside analogues like 4-thiouridine (4sU) are used to metabolically label newly synthesized RNA. Chemical conversion of 4sU before sequencing induces T-to-C mismatches in reads sequenced from labelled RNA, allowing to obtain total and labelled RNA expression profiles from a single sequencing library. Cytotoxicity due to extended periods of labelling or high 4sU concentrations has been described, but the effects of extensive 4sU labelling on expression estimates from nucleotide conversion RNA-seq have not been studied. Here, we performed nucleotide conversion RNA-seq with escalating doses of 4sU with short-term labelling (1h) and over a progressive time course (up to 2h) in different cell lines. With high concentrations or at later time points, expression estimates were biased in an RNA half-life dependent manner. We show that bias arose by a combination of reduced mappability of reads carrying multiple conversions, and a global, unspecific underrepresentation of labelled RNA due to impaired reverse transcription efficiency and potentially global reduction of RNA synthesis. We developed a computational tool to rescue unmappable reads, which performed favourably compared to previous read mappers, and a statistical method, which could fully remove remaining bias. All methods developed here are freely available as part of our GRAND-SLAM pipeline and grandR package.

The development of proteolysis targeting chimeras (PROTACs), which induce the degradation of target proteins by bringing them into proximity with cellular E3 ubiquitin ligases, has revolutionized drug development. While the human genome encodes more than 600 different E3 ligases, current PROTACs use only a handful of them, drastically limiting their full potential. Furthermore, many PROTAC development campaigns fail because the selected E3 ligase candidates are unable to induce degradation of the particular target of interest. As more and more ligands for novel E3 ligases are discovered, the chemical effort to identify the best E3 ligase for a given target is exploding. Therefore, a genetic system to identify degradation-causing E3 ligases and suitable target/E3 ligase pairs is urgently needed. Here we used the well-established dimerization of the FKBP12 protein and FRB domain by rapamycin to bring the target protein WDR5 into proximity with candidate E3 ligases. Strikingly, this rapamycin-induced proximity assay (RiPA) revealed that VHL, but not Cereblon, is able to induce WDR5 degradation - a finding previously made by PROTACs, demonstrating its predictive power. By optimizing the steric arrangement of all components and fusing the target protein with a minimal luciferase, RiPA can identify the ideal E3 for any target protein of interest in living cells, significantly reducing and focusing the chemical effort in the early stages of PROTAC development.

Abstract Evasion from drug-induced apoptosis is a crucial mechanism of cancer treatment resistance. The pro-apoptotic protein NOXA marks an aggressive pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) subtype. To identify drugs that unleash the death-inducing potential of NOXA, we performed an unbiased drug screening experiment. In NOXA -deficient isogenic cellular models we identified an inhibitor of the transcription factor heterodimer CBFβ/RUNX1. By genetic gain and loss of function experiments we validated that the mode of action depends on RUNX1 and NOXA. Of note, RUNX1 expression is significantly higher in PDACs compared to normal pancreas. We show that pharmacological RUNX1 inhibition significantly blocks tumor growth in vivo and in primary patient-derived PDAC organoids. Through genome wide analysis, we detected that RUNX1 -loss reshapes the epigenetic landscape, which gains H3K27ac enrichment at the NOXA promoter. Our study demonstrates a previously unknown mechanism of NOXA-dependent cell death, which can be triggered pharmaceutically. Therefore, our data show a novel way to target a therapy resistant PDAC, an unmet clinical need. Significance Recent evidence demonstrated the existence of molecular subtypes in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), which resist all current therapies. The paucity of therapeutic options, including a complete lack of targeted therapies, underscore the urgent and unmet medical need for the identification of targets and novel treatment strategies for PDAC. Our study unravels a function of the transcription factor RUNX1 in apoptosis regulation in PDAC. We show that pharmacological RUNX1 inhibition in PDAC is feasible and leads to NOXA-dependent apoptosis. The development of targeted therapies that influence the transcriptional landscape of PDAC might have great benefits for patients who are resistant to conventional therapies. RUNX1 Inhibition as a new therapeutic intervention offers an attractive strategy for future therapies.

Obligate intracellular bacteria like Chlamydia trachomatis undergo a complex developmental cycle between infectious non-replicative (EBs) and non-infectious replicative (RBs) forms. EBs shortly after entering a host cell transform to RBs, a crucial process in infection, initiating chlamydial replication. As Chlamydia fail to replicate outside the host cell it is currently unknown how the transition from EBs to RBs is initiated. Here we show in a cell-free approach in axenic media that uptake of glutamine by the bacteria is critical to initiate EB-RB transition. These bacteria utilize glutamine to synthesize cell wall peptidoglycan which has recently been detected in the septa of replicating intracellular Chlamydia. The increased requirement for glutamine in infected cells is achieved by reprogramming the glutamine metabolism in a c-Myc-dependent manner. Glutamine was effectively taken up by the glutamine transporter SLC1A5 and metabolized via glutaminase. Interference with this metabolic reprogramming limited growth of Chlamydia. Intriguingly, Chlamydia failed to produce progeny in SLC1A5 knockout mice. Thus, we report on the central role of glutamine for the development of an obligate intracellular pathogenic bacterium and the reprogramming of host glutamine metabolism, which may provide a basis for innovative anti-infective strategies.

ABSTRACT RNA-binding proteins (RBPs) stimulate the DNA damage response (DDR). The RBP NONO marks nuclear paraspeckles in unperturbed cells and undergoes poorly understood re-localisation to the nucleolus upon induction of DNA double-strand breaks (DSBs). Here we show that treatment with the topoisomerase-II inhibitor etoposide stimulates the production of RNA polymerase II-dependent, DNA damage-induced nucleolar antisense RNAs (diNARs) in human cells. diNARs originate from the nucleolar intergenic spacer and tether NONO to the nucleolus via its RRM1 domain. NONO occupancy at protein-coding gene promoters is reduced by etoposide, which attenuates pre-mRNA synthesis, enhances NONO binding to pre-mRNA transcripts and is accompanied by nucleolar detention of such transcripts. The depletion or mutation of NONO interferes with detention and prolongs DSB signaling. Together, we describe a nucleolar DDR pathway that shields NONO and aberrant transcripts from DSBs to promote DNA repair.

The transcription factor SPT5 physically interacts with MYC oncoproteins and is essential for efficient transcriptional activation of MYC targets in cultured cells. Here we use Drosophila to address the relevance of this interaction in a living organism. Spt5 displays moderate synergy with Myc in fast proliferating young imaginal disc cells. During later development, Spt5-knockdown has no detectable consequences on its own, but strongly enhances eye defects caused by Myc-overexpression. Similarly, Spt5-knockdown in larval type 2 neuroblasts has only mild effects on brain development and survival of control flies, but dramatically shrinks the volumes of experimentally induced neuroblast tumors and significantly extends the lifespan of tumor-bearing animals. This beneficial effect is still observed when Spt5 is knocked down systemically and after tumor initiation, highlighting SPT5 as a potential drug target in human oncology.