The etiologic agent of the Covid-19 pandemic is the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The viral membrane of SARS-CoV-2 surrounds a helical nucleocapsid in which the viral genome is encapsulated by the nucleocapsid protein. The nucleocapsid protein of SARS-CoV-2 is produced at high levels within infected cells, enhances the efficiency of viral RNA transcription, and is essential for viral replication. Here, we show that RNA induces cooperative liquid-liquid phase separation of the SARS-CoV-2 nucleocapsid protein. In agreement with its ability to phase separate in vitro, we show that the protein associates in cells with stress granules, cytoplasmic RNA/protein granules that form through liquid-liquid phase separation and are modulated by viruses to maximize replication efficiency. Liquid-liquid phase separation generates high-density protein/RNA condensates that recruit the RNA-dependent RNA polymerase complex of SARS-CoV-2 providing a mechanism for efficient transcription of viral RNA. Inhibition of RNA-induced phase separation of the nucleocapsid protein by small molecules or biologics thus can interfere with a key step in the SARS-CoV-2 replication cycle.

SUMMARY The etiologic agent of the Covid-19 pandemic is the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The viral membrane of SARS-CoV-2 surrounds a helical nucleocapsid in which the viral genome is encapsulated by the nucleocapsid protein. The nucleocapsid protein of SARS-CoV-2 is produced at high levels within infected cells, enhances the efficiency of viral RNA transcription and is essential for viral replication. Here we show that RNA induces cooperative liquid-liquid phase separation of the SARS-CoV-2 nucleocapsid protein. In agreement with its ability to phase separate in vitro, we show that the protein associates in cells with stress granules, cytoplasmic RNA/protein granules that form through liquid-liquid phase separation and are modulated by viruses to maximize replication efficiency. Liquid-liquid phase separation generates high-density protein/RNA condensates that recruit the RNA-dependent RNA polymerase complex of SARS-CoV-2 providing a mechanism for efficient transcription of viral RNA. Inhibition of RNA-induced phase separation of the nucleocapsid protein by small molecules or biologics thus can interfere with a key step in the SARS-CoV-2 replication cycle.

Abstract A novel mutation (E83Q), the first in the NAC domain of alpha-synuclein (aSyn), was recently identified in a patient with dementia with Lewy bodies. We investigated the effects of this mutation on the aggregation of aSyn monomers and the structure, morphology, dynamic, and seeding activity of the aSyn fibrils in neurons. We found that it dramatically accelerates aSyn fibrillization and results in the formation of fibrils with distinct structural and dynamic properties. In cells, this mutation is associated with higher levels of aSyn, accumulation of pS129, and increased toxicity. In a neuronal seeding model of Lewy bodies (LB) formation, the E83Q mutation significantly enhances the internalization of fibrils into neurons, induce higher seeding activity and results in the formation of diverse aSyn pathologies, including the formation of LB-like inclusions that recapitulate the immunohistochemical and morphological features of brainstem LBs observed in PD patient brains. Teaser A novel mutation (E83Q) exacerbates alpha-synuclein aggregation and toxicity and reproduces PD pathological diversity.

Abstract Heterochromatin protein 1 alpha (HP1α) is an evolutionarily conserved protein that binds chromatin and is important for gene silencing. The protein comprises 191 residues arranged into three disordered regions and two structured domains, the chromo and chromoshadow domain, which associates into a homodimer. While high‐resolution structures of the isolated domains of HP1 proteins are known, the structural properties of full‐length HP1α remain largely unknown. Using a combination of NMR spectroscopy and structure predictions by AlphaFold2 we provide evidence that the chromo and chromoshadow domain of HP1α engage in direct contacts resulting in a compact chromo/chromoshadow domain arrangement. We further show that HP1β and HP1γ have increased interdomain dynamics when compared to HP1α which may contribute to the distinct roles of different Hp1 isoforms in gene silencing and activation.

Abstract SARS-CoV-2 nucleocapsid protein is an essential structural component of mature virions, encapsulating the genomic RNA and modulating RNA transcription and replication. Several of its activities might be associated with the protein’s ability to undergo liquid-liquid phase separation. N SARS-CoV-2 contains an intrinsically disordered region at its N-terminus (NTE) that can be phosphorylated and is affected by disease-relevant mutations. Here we show that NTE deletion decreases the range of RNA concentrations that can induce phase separation of N SARS-CoV-2 . In addition, deletion of the prion-like NTE allows N SARS-CoV-2 droplets to retain their liquid-like nature during incubation. We further demonstrate that RNA-binding engages multiple parts of the NTE and changes NTE’s structural properties. The results form the foundation to characterize the impact of N-terminal mutations and post-translational modifications on the molecular properties of the SARS-CoV-2 nucleocapsid protein. Statement The nucleocapsid protein of SARS-CoV-2 plays an important role in both genome packaging and viral replication upon host infection. Replication has been associated with RNA-induced liquid-liquid phase separation of the nucleocapsid protein. We present insights into the role of the N-terminal part of the nucleocapsid protein in the protein’s RNA-mediated liquid-liquid phase separation.

The coordination of enzymes and regulatory proteins for eukaryotic DNA replication and repair is largely achieved by Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA), a toroidal homotrimeric protein that embraces the DNA duplex. Many proteins bind PCNA through a conserved sequence known as the PCNA interacting protein motif (PIP). PCNA is further regulated by different post-translational modifications. Phosphorylation at residue Y211 facilitates unlocking stalled replication forks to bypass DNA damage repair processes but increasing nucleotide misincorporation. We explore here how phosphorylation at Y211 affects PCNA recognition of the canonical PIP sequences of the regulatory proteins p21 and p15, which bind with nM and μM affinity, respectively. For that purpose, we have prepared PCNA with p-carboxymethyl-L-phenylalanine (pCMF, a mimetic of phosphorylated tyrosine) at position 211. We have also characterized PCNA binding to the non-canonical PIP sequence of the catalytic subunit of DNA polymerase δ (p125), and to the canonical PIP sequence of the enzyme ubiquitin specific peptidase 29 (USP29) which deubiquitinates PCNA. Our results show that Tyr211 phosphorylation has little effect on the molecular recognition of p21 and p15, and that the PIP sequences of p125 and USP29 bind to the same site on PCNA as other PIP sequences, but with very low affinity.

The pathological deposition of proteins is a hallmark of several devastating neurodegenerative diseases. These pathological deposits comprise aggregates of proteins that adopt distinct structures named strains. However, the molecular factors responsible for the formation of distinct aggregate strains are unknown. Here we show that the serine/threonine kinase GSK3β catalyzes the aggregation of the protein tau into an AD-like amyloid strain. We demonstrate that phosphorylation by GSK3β, but not by several other kinases, promotes the aggregation of full-length tau through enhanced phase separation into gel-like condensate structures. Cryo-electron microscopy further reveals that the amyloid fibrils formed by GSK3β-phosphorylated tau adopt a fold comparable to that of paired helical filaments isolated from the brains of AD patients. Our results elucidate the intricate relationship between post-translational modification and the formation of tau strains in neurodegenerative diseases.

Activation of heterotrimeric G-proteins (Gαβγ) by G-protein-coupled receptors (GPCRs) is a quintessential mechanism of cell signaling widely targeted by clinically-approved drugs. However, it has become evident that heterotrimeric G-proteins can also be activated via GPCR-independent mechanisms that remain untapped as pharmacological targets. GIV/Girdin has emerged as a prototypical non-GPCR activator of G proteins that promotes cancer metastasis. Here, we introduce IGGi-11, a first-in-class smallmolecule inhibitor of non-canonical activation of heterotrimeric G-protein signaling. IGGi-11 binding to G-protein α-subunits (Gαi) specifically disrupted their engagement with GIV/Girdin, thereby blocking non-canonical G-protein signaling in tumor cells, and inhibiting pro-invasive traits of metastatic cancer cells in vitro and in mice. In contrast, IGGi-11 did not interfere with canonical G-protein signaling mechanisms triggered by GPCRs. By revealing that small molecules can selectively disable non-canonical mechanisms of G-protein activation dysregulated in disease, these findings warrant the exploration of therapeutic modalities in G-protein signaling that go beyond targeting GPCRs.