Abstract Excitatory synapses of principal hippocampal neurons are frequently located on dendritic spines. The dynamic strengthening or weakening of individual inputs results in a great structural and molecular diversity of dendritic spines. Active spines with large Ca 2+ transients are frequently invaded by a single protrusion from the endoplasmic reticulum (ER), which is dynamically transported into and out of spines by the actin-based motor myosin V. An increase in synaptic strength often correlates with stable anchoring of the ER, followed by the formation of the spine apparatus organelle. Here we show that synaptic ER stabilization depends on the interplay of two Ca 2+ -binding proteins: calmodulin serves as a light chain of myosin V and activates the motor function, whereas caldendrin acts as an inhibitor which transforms myosin into a stationary F-actin tether. Together, they provide a Ca 2+ -sensing module for fine-tuning myosin V activity and thereby regulate the formation of the spine apparatus in a subset of active dendritic spines.

Abstract DNA damage forms a major obstacle for gene transcription by RNA polymerase II (Pol II). Transcription-coupled nucleotide excision repair (TC-NER) efficiently eliminates transcription-blocking lesions (TBLs), thereby safeguarding accurate transcription, preserving correct cellular function and counteracting aging. TC-NER initiation involves the recognition of lesion-stalled Pol II by CSB, which recruits the CRL4 CSA E3 ubiquitin ligase complex and UVSSA. TBL-induced ubiquitylation of Pol II at lysine 1268 of the RPB1 subunit by CRL4 CSA serves as a critical TC-NER checkpoint, governing Pol II stability and initiating TBL excision by TFIIH recruitment. However, the precise regulatory mechanisms of the CRL4 CSA E3 ligase activity and TFIIH recruitment remain elusive. Here, we reveal Inactive Serine/Threonine Kinase 19 (STK19) as a novel TC-NER factor, that is essential for correct TBL removal repair and subsequent transcription restart. Cryo-EM studies demonstrate that STK19 is an integral part of the Pol II-TC-NER complex, bridging CSA with UVSSA, RPB1 and downstream DNA. Live-cell imaging and interaction studies show that STK19 stimulates TC-NER complex stability and CRL4 CSA activity, resulting in efficient Pol II ubiquitylation and correct UVSSA and TFIIH binding. These findings underscore the crucial role of STK19 as a core component of the TC-NER machinery and its key involvement in the cellular responses to DNA damage that interfere with transcription.

Abstract ATP-dependent chromatin remodelers control the accessibility of genomic DNA through nucleosome mobilization. However, the dynamics of genome exploration by remodelers, and the role of ATP hydrolysis in this process remain unclear. We used live-cell imaging of Drosophila polytene nuclei to monitor Brahma (BRM) remodeler interactions with its chromosomal targets. In parallel, we measured local chromatin condensation and its effect on BRM association. Surprisingly, only a small portion of BRM is bound to chromatin at any given time. BRM binds decondensed chromatin but is excluded from condensed chromatin, limiting its genomic search space. BRM-chromatin interactions are highly dynamic, whereas histone-exchange is limited and much slower. Intriguingly, loss of ATP hydrolysis enhanced chromatin retention and clustering of BRM, which was associated with reduced histone turnover. Thus, ATP hydrolysis couples nucleosome remodeling to remodeler release, driving a continuous transient probing of the genome.

Abstract A major pharmacological strategy toward HIV cure aims to reverse latency in infected cells as a first step leading to their elimination. While the unbiased identification of molecular targets physically associated with the latent HIV-1 provirus would be highly valuable to unravel the molecular determinants of HIV-1 transcriptional repression and latency reversal, due to technical limitations, this has not been possible. Here we use a dCas9 targeted chromatin and histone enrichment strategy coupled to mass spectrometry (Catchet-MS) to describe the protein composition of the latent and activated HIV-1 5’LTR. Catchet-MS identified known and novel latent 5’LTR-associated host factors. Among these, IKZF1 is a novel HIV-1 transcriptional repressor, required for Polycomb Repressive Complex 2 recruitment to the LTR. We find the clinically advanced thalidomide analogue iberdomide, and the FDA approved analogues lenalidomide and pomalidomide, to be novel LRAs that, by targeting IKZF1 for degradation, reverse HIV-1 latency in CD4+T-cells isolated from virally suppressed people living with HIV-1. One Sentence Summary dCas9 targeted chromatin and histone enrichment for mass spectrometry (Catchet-MS) led to the identification of IKZF1-targeting thalidomide analogues as novel HIV-1 latency reversal agents

ABSTRACT Pathogenic variants in the ubiquitin-specific protease 7 ( USP7 ) gene cause a neurodevelopmental disorder called Hao-Fountain syndrome. However, which of USP7’s pleiotropic functions are relevant for neurodevelopment remains unclear. Here, we present a combination of quantitative proteomics, transcriptomics and epigenomics to define the USP7 regulatory circuitry during neuronal differentiation. USP7 activity is required for the transcriptional programs that direct both differentiation of embryonic stem cells into neural stem cells, and the neuronal differentiation of SH-SY5Y neuroblastoma cells. USP7 controls the dosage of the Polycomb H2AK119ub1 ubiquitin ligase complexes ncPRC1.1 and ncPRC1.6. Loss-of-function experiments revealed that BCOR-ncPRC1.1, but not ncPRC1.6, is a key effector of USP7 during neuronal differentiation. Indeed, BCOR-ncPRC1.1 mediates most of USP7-dependent gene regulation during this process. Besides providing a detailed map of the USP7 regulome during neurodifferentiation, our results suggest that USP7 and ncPRC1.1-associated neurodevelopmental disorders involve dysregulation of a shared epigenetic network.

The spine apparatus (SA) is an endoplasmic reticulum-related organelle which is present in a subset of dendritic spines in cortical and pyramidal neurons. The synaptopodin protein localizes between the stacks of the spine apparatus and is essential for the formation of this unique organelle. Although several studies have demonstrated the significance of the SA and synaptopodin in calcium homeostasis and plasticity of dendritic spines, it is still unclear what factors contribute to its stability at the synapse and whether the SA is locally formed or it is actively delivered to the spines. In this study we show that synaptopodin clusters are stable at their locations. We found no evidence of active microtubule-based transport for synaptopodin. Instead new clusters were emerging in the spines, which we interpret as the SA being assembled on-site. Furthermore, using super-resolution microscopy we show a tight association of synaptopodin with actin filaments. We identify the actin-based motor proteins myosin V and VI as novel interaction partners of synaptopodin and demonstrate that myosin V is important for the formation and/or maintenance of the SA.

Summary HIV-1 latency results from tightly regulated molecular processes that act at distinct steps of HIV-1 gene expression. To elucidate the molecular players that govern latency, we previously performed a dCas9-chromatin immunoprecipitation coupled with mass spectrometry (Catchet-MS) and identified the interactome of the latent HIV-1 LTR. Here we characterize the Catchet-MS-identified PCI domain-containing 2 (PCID2) protein, a component of the TREX2 complex, to play a dual role in promoting HIV-1 latency by enforcing both transcriptional repression and post-transcriptional blocks to HIV-1 gene expression. PCID2 bound the latent HIV-1 LTR and repressed transcription initiation during latency. Depletion of PCID2 remodelled the chromatin landscape at the HIV-1 promoter and resulted in transcriptional activation and reversal of latency. Immunoprecipitation coupled to Mass Spectrometry identified PCID2-interacting proteins to include members of the spliceosome, including negative viral RNA (vRNA) alternative splicing regulators, and PCID2 depletion resulted in over-splicing of intron-containing vRNA and misregulated expression of vRNA splice variants. We demonstrate that MCM3AP and DSS1, two other RNA-binding TREX2 complex subunits that comprise the dock of the complex also inhibit transcription initiation and viral RNA alternative splicing during latency and similarly to PCID2 function as prominent latency associated repressors of HIV-1 gene expression. Thus, PCID2 is a novel HIV-1 latency-promoting factor, which in context of the TREX2 sub-complex PCID2-DSS1-MCM3AP blocks transcription and dysregulates vRNA processing.