HK
Hui Kwok
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Archaeal ribosomal proteins possess nuclear localization signal-type motifs: implications for the origin of the cell nucleus

Sergey Melnikov et al.Jun 14, 2019
Eukaryotic cells are divided into the nucleus and the cytosol, and, to enter the nucleus, proteins typically possess short signal sequences, known as nuclear localization signals (NLSs). Although NLSs have long been considered as features unique to eukaryotic proteins, we show here that similar or identical protein segments are present in ribosomal proteins from the Archaea. Specifically, the ribosomal proteins uL3, uL15, uL18, and uS12 possess NLS-type motifs that are conserved across all major branches of the Archaea, including the most ancient groups Microarchaeota and Diapherotrites, pointing to the ancient origin of NLS-type motifs in the Archaea. Furthermore, by using fluorescence microscopy, we show that the archaeal NLS-type motifs can functionally substitute eukaryotic NLSs and direct the transport of ribosomal proteins into the nuclei of human cells. Collectively, these findings illustrate that the origin of NLSs preceded the origin of the cell nucleus, suggesting that the initial function of NLSs was not related to intracellular trafficking. Overall, our study reveals rare evolutionary intermediates among archaeal cells that can help elucidate the sequence of events that led to the origin of the eukaryotic cell.
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Asymmetric Engagement of Dimeric CRL3KBTBD4by the Molecular Glue UM171 Licenses Degradation of HDAC1/2 Complexes

Megan Yeo et al.May 14, 2024
UM171 is a potent small molecule agonist of ex vivo human hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal, a process that is tightly controlled by epigenetic regulation. By co-opting KBTBD4, a substrate receptor of the CULLIN3-RING E3 ubiquitin ligase complex, UM171 promotes the degradation of members of the CoREST transcriptional corepressor complex, thereby limiting HSC attrition. However, the direct target and mechanism of action of UM171 remain unclear. Here, we reveal that UM171 acts as a molecular glue to induce high-affinity interactions between KBTBD4 and HDAC1 to promote the degradation of select HDAC1/2 corepressor complexes. Through proteomics and chemical inhibitor studies, we discover that the principal target of UM171 is HDAC1/2. Cryo-electron microscopy (cryo-EM) analysis of dimeric KBTBD4 bound to UM171 and the LSD1-HDAC1-CoREST complex unveils an unexpected asymmetric assembly, in which a single UM171 molecule enables a pair of KBTBD4 KELCH-repeat propeller domains to recruit HDAC1 by clamping on its catalytic domain. One of the KBTBD4 propellers partially masks the rim of the HDAC1 active site pocket, which is exploited by UM171 to extend the E3-neo-substrate interface. The other propeller cooperatively strengthens HDAC1 binding via a separate and distinct interface. The overall neomorphic interaction is further buttressed by an endogenous cofactor of HDAC1-CoREST, inositol hexakisphosphate, which makes direct contacts with KBTBD4 and acts as a second molecular glue. The functional relevance of the quaternary complex interaction surfaces defined by cryo-EM is demonstrated by in situ base editor scanning of KBTBD4 and HDAC1. By delineating the direct target of UM171 and its mechanism of action, our results reveal how the cooperativity offered by a large dimeric CRL E3 family can be leveraged by a small molecule degrader and establish for the first time a dual molecular glue paradigm.