Abstract The swimming device of archaea—the archaellum—presents asparagine (N)-linked glycans. While N-glycosylation serves numerous roles in archaea, including enabling their survival in extreme environments, how this post-translational modification contributes to cell motility remains under-explored. Here, we report the cryo-EM structure of archaellum filaments from the haloarchaeon Halobacterium salinarum , where archaellins, the building blocks of the archaellum, are N-glycosylated, and the N-glycosylation pathway is well-resolved. We further determined structures of archaellum filaments from two N-glycosylation mutant strains that generate truncated glycans and analyzed their motility. While cells from the parent strain exhibited unidirectional motility, the N-glycosylation mutant strain cells swam in ever-changing directions within a limited area. Although these mutant strain cells presented archaellum filaments that were highly similar in architecture to those of the parent strain, N-linked glycan truncation greatly affected interactions between archaellum filaments, leading to dramatic clustering of both isolated and cell-attached filaments. We propose that the N-linked tetrasaccharides decorating archaellins act as physical spacers that minimize the archaellum filament aggregation that limits cell motility.

Abstract ULP-2 is a conserved SUMO protease required for embryonic development in C. elegans . Here we revealed that ULP-2 controls germline development by regulating the PHD-SET domain protein, SET-26. Specifically, the ulp-2 mutant hermaphrodites exhibit increased sterility and progressive elevation in global protein sumoylation. In the progeny of homozygous animals, meiosis is arrested at the diplotene stage and the cells in the proximal germline acquire a somatic fate. Germline RNAseq analysis revealed the downregulation of numerous germline genes, whereas somatic gene expression is upregulated in ulp-2 mutant gonads. To determine the key factors that are regulated by ULP-2, we performed a yeast two-hybrid screen and identified the H3K4me3 reader, SET-26. Genetic interaction was observed in double mutant ulp-2 ; set-26 resulting in enhanced sterility phenotype to complete sterility in the first generation of homozygous offspring. Consistently, SET-26 is sumoylated and its sumoylation levels are regulated by ULP-2. Moreover, we detected reduction in H3K4me3 levels bound to SET-26 in the ulp-2 mutant background. A comparative proteomics screen between WT and ulp-2 loss of activity identified the predicted methyltransferase SET-27 as a ULP-2-dependent SET-26-associated protein. SET-27 knockout genetically interacts with ULP-2 in the germline, but not with SET-26. Taken together, we revealed a ULP-2/SET-26 axis which is required for the maintenance and regulation of germline development.

Sumoylation is a posttranslational modification essential for multiple cellular functions in eukaryotes. ULP-2 is a conserved SUMO protease required for embryonic development in Caenorhabditis elegans . Here, we revealed that ULP-2 controls germline development by regulating the PHD-SET domain protein, SET-26. Specifically, loss of ULP-2 results in sterility and a progressive elevation of global protein sumoylation. In the germline of ulp-2 null mutant, meiosis is arrested at the diplotene stage and the cells in the proximal germline acquire a somatic fate. Germline RNAseq analysis revealed the down-regulation of numerous germline genes in ulp-2 mutants, whereas somatic gene expression is up-regulated. To determine the key factors that are regulated by ULP-2, we performed a yeast two-hybrid screen and identified the histone methylation reader, SET-26 as a ULP-2 interacting protein. Loss of SET-26 enhanced the sterility of ulp-2 mutant animals. Consistently, SET-26 is sumoylated and its sumoylation levels are regulated by ULP-2. Moreover, we detected a reduction in H3K4 tri-methylation (H3K4me3) histone levels bound to SET-26 in the ulp-2 mutant background suggesting a dependence of this histone reader on balanced sumoylation. Finally, a comparative proteomics screen between WT and ulp-2 loss of activity identified the predicted methyltransferase SET-27 as a ULP-2-dependent SET-26-associated protein. SET-27 knockout genetically interacts with ULP-2 in the germline, but not with SET-26. Taken together, we revealed a SUMO protease/H3K4me3 histone reader axis which is required for the maintenance and regulation of germline development.