Despite the continued analysis of HDAC inhibitor efficacy in clinical trials, the heterogeneous nature of the protein complexes they target limits our understanding of the beneficial and off-target effects associated with their application. Among the many HDAC protein complexes found within the cell, Sin3 complexes are conserved from yeast to humans and likely play important roles as regulators of transcriptional activity. The functional attributes of these protein complexes remain poorly characterized in humans. Contributing to the poor definition of Sin3 complex attributes in higher eukaryotes is the presence of two Sin3 scaffolding proteins, SIN3A and SIN3B. Here we show that paralog switching influences the interaction networks of the Sin3 complexes. While SIN3A and SIN3B do have unique interaction network components, we find that SIN3A and SIN3B interact with a common set of proteins. Additionally, our results suggest that SIN3A and SIN3B may possess the capacity to form hetero-oligomeric complexes. While one principal form of SIN3B exists in humans, the analysis of rare SIN3B proteoforms provides insight into the domain organization of SIN3B. Together, these findings shed light on the shared and divergent properties of human Sin3 proteins and highlight the heterogeneous nature of the complexes they organize.

Sin3/HDAC complexes function by deacetylating histones, which makes chromatin more compact and modulates gene expression. Although components used to build these complexes have been well defined, we still have only a limited understanding of the structure of the Sin3/HDAC subunits as they are assembled around the scaffolding protein SIN3A. To characterize the spatial arrangement of Sin3 subunits, we combined Halo affinity capture, chemical cross-linking and high-resolution mass spectrometry (XL-MS) to determine intersubunit distance constraints, identifying 66 high-confidence interprotein and 63 high-confidence self cross-links for 13 Sin3 subunits. To validate our XL-MS data, we first mapped self cross-links onto existing structures to verify that cross-link distances were consistent with cross-linker length and subsequently deleted crosslink hotspot regions within the SIN3A scaffolding protein which then failed to capture crosslinked partners. Having assessed cross-link authenticity, we next used distance restraints from interprotein cross-links to guide assembly of a Sin3 complex substructure. We identified the relative positions of subunits SAP30L, HDAC1, SUDS3, HDAC2, and ING1 around the SIN3A scaffold. The architecture of this subassembly suggests that multiple factors have space to assemble to collectively influence the behavior of the catalytic subunit HDAC1.

FAM60A, traditionally linked to chromatin remodeling within the Sin3/HDAC complex, has emerged as a critical regulator in RNA splicing. Employing an integrative approach that combines immunological assays, CRISPR/Cas9 technology, comprehensive genomics, proteomics, and advanced cross-linking mass spectrometry, complemented by sophisticated 3D molecular modeling, our study challenges and extends the existing understanding of FAM60A functional dynamics. Contravening previous perceptions, our findings elucidate that FAM60A does not interact directly with SIN3A, rather establishes direct interactions with SAP30 and HDAC1, redefining its relationship with the Sin3/HDAC complex. These interactions, deciphered through detailed 3D structural analysis supported by cross-linking constraints, signify a complex architectural role of FAM60A within chromatin remodeling processes. Moreover, our research unveils FAM60A pivotal role in RNA processing, particularly in splicing regulation. Through extensive molecular interactions with a diverse array of mRNA-binding proteins and principal spliceosome components, FAM60A emerges as a key regulator of RNA splicing. This expanded role delineates its influence on gene expression regulation, spotlighting its capacity to modulate critical cellular processes. In sum, this study unveils FAM60A key role in gene regulation and RNA splicing, and suggests new paths for cellular and therapeutic research.

Summary Epigenetic control of gene expression is crucial for maintaining gene regulation. Sin3 is an evolutionarily conserved repressor protein complex mainly associated with histone deacetylase (HDAC) activity. A large number of proteins are part of Sin3/HDAC complexes, and the function of most of these members remains poorly understood. SAP25, a previously identified Sin3A associated protein of 25 kDa, has been proposed to participate in regulating gene expression programs involved in the immune response but the exact mechanism of this regulation is unclear. SAP25 is not expressed in HEK293 cells, which hence serve as a natural knockout system to decipher the molecular functions uniquely carried out by this Sin3/HDAC subunit. Using molecular, proteomic, protein engineering, and interaction network approaches, we show that SAP25 interacts with distinct enzymatic and regulatory protein complexes in addition to Sin3/HDAC. While the O-GlcNAc transferase (OGT) and the TET1 /TET2/TET3 methylcytosine dioxygenases have been previously linked to Sin3/HDAC, in HEK293 cells, these interactions were only observed in the affinity purification in which an exogenously expressed SAP25 was the bait. Additional proteins uniquely recovered from the Halo-SAP25 pull-downs included the SCF E3 ubiquitin ligase complex SKP1/FBXO3/CUL1 and the ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase 11 (USP11), which have not been previously associated with Sin3/HDAC. Finally, we use mutational analysis to demonstrate that distinct regions of SAP25 participate in its interaction with USP11, OGT/TETs, and SCF(FBXO3).) These results suggest that SAP25 may function as an adaptor protein to coordinate the assembly of different enzymatic complexes to control Sin3/HDAC-mediated gene expression.