Protein phase separation is implicated in formation of membraneless organelles, signaling puncta and the nuclear pore. Multivalent interactions of modular binding domains and their target motifs can drive phase separation. However, forces promoting the more common phase separation of intrinsically disordered regions are less understood, with suggested roles for multivalent cation-pi, pi-pi, and charge interactions and the hydrophobic effect. Known phase-separating proteins are enriched in pi-orbital containing residues and thus we analyzed pi-interactions in folded proteins. We found that pi-pi interactions involving non-aromatic groups are widespread, underestimated by force-fields used in structure calculations and correlated with solvation and lack of regular secondary structure, properties associated with disordered regions. We present a phase separation predictive algorithm based on pi interaction frequency, highlighting proteins involved in biomaterials and RNA processing.

Summary Mutations in the RNA binding protein (RBP) FUS cause amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and result in its nuclear depletion and cytoplasmic mislocalisation, with cytoplasmic gain of function thought to be crucial in pathogenesis. Here, we show that expression of mutant FUS at physiological levels drives translation inhibition in both mouse and human motor neurons. Rather than acting directly on the translation machinery, we find that mutant FUS forms cytoplasmic condensates that promote the phase separation of FMRP, another RBP associated with neurodegeneration and robustly involved in translation regulation. FUS and FMRP co-partition and repress translation in vitro . In our in vivo model, FMRP RNA targets are depleted from ribosomes. Our results identify a novel paradigm by which FUS mutations favour the condensed state of other RBPs, impacting on crucial biological functions, such as protein translation.

Abstract Retinitis pigmentosa and macular degeneration lead to photoreceptor death and loss of visual perception. Despite recent progress, restorative technologies for photoreceptor degeneration remain largely unavailable. Here, we describe a novel optogenetic visual prosthesis (FlexLED) based on a combination of a thin-film retinal display and optogenetic activation of retinal ganglion cells (RGCs). The FlexLED implant is a 30 µm thin, flexible, wireless µLED display with 8,192 pixels, each with an emission area of 66 µm 2 . The display is affixed to the retinal surface, and the electronics package is mounted under the conjunctiva in the form factor of a conventional glaucoma drainage implant. In a rabbit model of photoreceptor degeneration, optical stimulation of the retina using the FlexLED elicits activity in visual cortex. This technology is readily scalable to hundreds of thousands of pixels, providing a route towards an implantable optogenetic visual prosthesis capable of generating vision by stimulating RGCs at near-cellular resolution.

ABSTRACT Many membraneless organelles are thought to be biomolecular condensates formed by phase separation of proteins and other biopolymers. Post-translational modifications (PTMs) can impact protein phase separation behavior, although for many PTMs this aspect of their function is unknown. O -linked β-D- N -acetylglucosaminylation ( O -GlcNAcylation) is an abundant form of intracellular glycosylation whose roles in regulating biomolecular condensate assembly and dynamics have not been delineated. Using an in vitro approach, we found that O -GlcNAcylation reduces the phase separation propensity of the EWS N -terminal low complexity region (LCR N ) under different conditions, including in the presence of the arginine-and glycine-rich RNA-binding domains (RBD). O -GlcNAcylation enhances fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) within EWS LCR N condensates and causes the droplets to exhibit more liquid-like relaxation following fusion. Following extended incubation times, EWS LCR N +RBD condensates exhibit diminished FRAP, indicating a loss of fluidity, while condensates containing the O -GlcNAcylated LCR N do not. In HeLa cells, EWS is less O -GlcNAcylated following OGT knockdown and more prone to aggregation based on a filter retardation assay. Relative to the human proteome, O -GlcNAcylated proteins are enriched with regions that are predicted to phase separate, suggesting a general role of O -GlcNAcylation in regulation of biomolecular condensates. Insert Table of Contents artwork here Abstract Figure For Table of Contents only.

Abstract O-GlcNAc transferase (OGT) is an essential glycosylating enzyme that catalyzes the addition of N-acetylglucosamine to serine or threonine residues of nuclear and cytoplasmic proteins. The enzyme glycosylates a broad range of peptide sequences and prediction of glycosylation sites has proven challenging. The lack of an experimentally verified set of polypeptide sequences that are not glycosylated by OGT has made prediction of legitimate glycosylation sites more difficult. Here, we tested a number of intrinsically disordered protein regions as substrates of OGT to establish a set of sequences that are not glycosylated by OGT. The negative data set suggests an amino acid compositional bias for OGT targets. This compositional bias was validated by modifying the amino acid composition of the protein Fused in sarcoma (FUS) to enhance glycosylation. NMR experiments demonstrate that the tetratricopeptide repeat (TPR) region of OGT can bind FUS and that glycosylation-promoting mutations enhance binding. These results provide evidence that the TPR recognizes disordered segments of substrates with particular compositions to promote glycosylation, providing insight into the broad specificity of OGT.

ABSTRACT Enzymatic modifications of bacterial exopolysaccharides enhance immune evasion and persistence during infection. In the Gram-negative opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa , acetylation of alginate reduces opsonic killing by phagocytes and improves reactive oxygen species scavenging. Although it is well-known that alginate acetylation in P. aeruginosa requires AlgI, AlgJ, AlgF, and AlgX, how these proteins coordinate polymer modification at a molecular level remains unclear. Here, we describe the structural characterization of AlgF and its protein interaction network. We characterize direct interactions between AlgF and both AlgJ and AlgX in vitro , and demonstrate an association between AlgF and AlgX, as well as AlgJ and AlgI, in P. aeruginosa . We determine that AlgF does not exhibit acetylesterase activity and is unable to bind to polymannuronate in vitro. Therefore, we propose that AlgF functions to mediate protein-protein interactions between alginate acetylation enzymes, forming the periplasmic AlgJFXK (AlgJ-AlgF-AlgX-AlgK) acetylation and export complex required for robust biofilm formation.