Liquid-liquid phase separation (LLPS) of RNA-binding proteins plays an important role in the formation of multiple membrane-less organelles involved in RNA metabolism, including stress granules. Defects in stress granule homeostasis constitute a cornerstone of ALS/FTLD pathogenesis. Polar residues (tyrosine and glutamine) have been previously demonstrated to be critical for phase separation of ALS-linked stress granule proteins. We now identify an active role for arginine-rich domains in these phase separations. Moreover, arginine-rich dipeptide repeats (DPRs) derived from C9orf72 hexanucleotide repeat expansions similarly undergo LLPS and induce phase separation of a large set of proteins involved in RNA and stress granule metabolism. Expression of arginine-rich DPRs in cells induced spontaneous stress granule assembly that required both eIF2α phosphorylation and G3BP. Together with recent reports showing that DPRs affect nucleocytoplasmic transport, our results point to an important role for arginine-rich DPRs in the pathogenesis of C9orf72 ALS/FTLD.

Meiosis-specific Rec114−Mei4 and Mer2 complexes are thought to enable Spo11-mediated DNA double-strand-break (DSB) formation through a mechanism that involves DNA-dependent condensation. However, the structure, molecular properties, and evolutionary conservation of Rec114−Mei4 and Mer2 are unclear. Here, we present AlphaFold structures of Rec114−Mei4 and Mer2 complexes, supported by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, small-angle X-ray scattering (SAXS), and mutagenesis. We show that dimers composed of the Rec114 C-terminus form α-helical chains that cup an N-terminal Mei4 α-helix, and that Mer2 forms a parallel homotetrameric coiled coil. Both Rec114−Mei4 and Mer2 bind preferentially to branched DNA substrates, indicative of multivalent protein-DNA interactions. Indeed, the Rec114−Mei4 interaction domain contains two DNA-binding sites that point in opposite directions and drive condensation. The Mer2 coiled-coil domain bridges co-aligned DNA duplexes, likely through extensive electrostatic interactions along the length of the coiled coil. Finally, we show that the structure of Rec114−Mei4 and Mer2 are conserved across eukaryotes, while DNA-binding properties vary significantly. This work provides insights into the mechanism whereby Rec114−Mei4 and Mer2 complexes promote the assembly of the meiotic DSB machinery, and suggests a model where Mer2 condensation is the essential driver of assembly, with the DNA-binding activity of Rec114−Mei4 playing a supportive role.

Chiral pyrrolidines are common structural motives in natural products as well as active pharmaceutical ingredients, explaining the need for methods for their enantioselective synthesis. While several, often metal-catalyzed, methods for their preparation do exist, the enantioselective synthesis of pyrrolidines containing quaternary stereocenters remains challenging. Herein, we report a Bro̷nsted acid-catalyzed intramolecular hydroamination that provides such pyrrolidines from simple starting materials in high yield and enantioselectivity. Key to an efficient reaction was the use of an electron-deficient protective group on nitrogen, the common nosyl-protecting group, to avoid deactivation of the Bro̷nsted acid by deprotonation. The reaction proceeds as a stereospecific anti-addition indicating a concerted reaction. Furthermore, kinetic studies show Michaelis–Menten behavior, suggesting the formation of a precomplex similar to those observed in enzymatic catalysis.

Evolutionary history, systematics and taxonomy of charrs of the genus Salvelinus and especially of the representatives of the S. alpinus - S. malma species complex remain confused that is connected with a substantial ecological and morphological flexibility of this group and with supposed ancient hybridization between some taxa. For the analysis of phylogenetic relationships and introgressive hybridization between the species of the genus Salvelinus including three endemic species from Lake Elgygytgyn and all main representatives of the S. alpinus - S. malma species complex, nucleotide sequences of mtDNA control region (960 bp) and two nuclear genes (ITS1 (581 bp) and RAG1 (899 bp)) were analyzed. The differences in the topologies of individual gene trees, among others reasons, were connected with incomplete lineage sorting and historical introgressive hybridization between certain taxa. Several cases of mtDNA capture by different taxa and phylogenetic groups were proposed. In particular, the following taxa participated in introgressive hybridization: northern Dolly Varden S. m. malma, representatives of the S. alpinus complex (including mainly Taranets charr S. a. taranetzi), southern Dolly Varden S. m. lordi from North America and bull trout S. confluentus. Main phylogenetic groups of the S. alpinus - S. malma species complex were revised. The origin and phylogenetic relationships of southern Dolly Varden from North America were not unambiguously defined. We proposed that introgressive hybridization had an important role in the evolutionary history of charrs, in particular, in the appearance of a high level of morphological, ecological and taxonomical diversity.

ABSTRACT In the bloodstream of mammalian hosts, African trypanosomes face the challenge of protecting their invariant surface receptors from immune detection. This crucial role is fulfilled by a dense, glycosylated protein layer composed of variant surface glycoproteins (VSGs), which undergo antigenic variation and provide a physical barrier that shields the underlying invariant surface glycoproteins (ISGs). The protective shield’s limited permeability comes at the cost of restricted access to the extracellular host environment, raising questions regarding the specific function of the ISG repertoire. In this study, we employ an integrative structural biology approach to show that intrinsically disordered membrane-proximal regions are a common feature of members of the ISG superfamily, conferring the ability to switch between compact and elongated conformers. While the folded, membrane-distal ectodomain is buried within the VSG layer for compact conformers, their elongated counterparts would enable the extension beyond it. This dynamic behavior enables ISGs to maintain a low immunogenic footprint while still allowing them to engage with the host environment when necessary. Our findings add further evidence to a dynamic molecular organization of trypanosome surface antigens wherein intrinsic disorder underpins the characteristics of a highly flexible ISG proteome to circumvent the constraints imposed by the VSG coat.

H-NS proteins act as osmotic sensors translating changes in osmolarity into altered DNA binding properties, thus, regulating enterobacterial genome organization and genes transcription. The molecular mechanism underlying the switching process and its conservation among H-NS family members remains elusive. Here, we focus on the H-NS family protein MvaT from P. aeruginosa and demonstrate experimentally that its protomer exists in two different conformations, corresponding to two different functional states. In the half-opened state (dominant at low salt) the protein forms filaments along DNA, in the fully opened state (dominant at high salt) the protein bridges DNA. This switching is a direct effect of ionic strengths on electrostatic interactions between the appositively charged DNA binding and N-terminal domains of MvaT. The asymmetric charge distribution and intramolecular interactions are conserved among the H-NS family of proteins. Therefore, our study establishes a general paradigm for the molecular mechanistic basis of the osmosensitivity of H-NS proteins.

Abstract The expansion of GGGGCC (G4C2) repeats in the noncoding region of C9orf72 is the most common genetic cause of familial and sporadic amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and frontotemporal dementia (FTD). The repeat region is translated into five different dipeptide repeats (DPRs), of which the arginine-rich DPRs (R-DPRs) poly-GR (GRn) and poly-PR (PRn) are highly neurotoxic and are probably primarily responsible for the disease. Here, we characterized the protective effect against R-DPR toxicity of polystyrene sulfonate (PSS), an FDA-approved drug applied in hyperkalemia, in biochemical, cellular, and animal models of ALS/FTD. We found that PSS, in a length-dependent manner, interacts very tightly with R-DPRs, and releases their bound RNA in R-DPR - RNA mixtures. PSS significantly influences the liquid-liquid phase separation (LLPS) of R-DPRs elicited by RNA and reduces their ensuing cell toxicity in Neuro2a cells. PSS is cell penetrable, and it is also effective in countering the toxicity of R-DPRs in zebrafish embryos. Except for the longest (n = 340) variant, PSS is toxic neither to cells nor to mice upon intracerebroventricular injection up to 1 mM concentration. Our results suggest that its polymeric nature endows PSS with an advantageous effect in C9-ALS/FTD and offers a possible remedy against this debilitating neurodegenerative disease.

ABSTRACT Human T-cell leukemia virus type-1 (HTLV-1) is the causative agent of adult T-cell leukemia (ATL). Although ATL is a well-characterized T-cell neoplasm, linked to intermittent expression of the viral Tax-1 protein, there is currently no strategy to target Tax-1 functions using small molecules. Here, we report a comprehensive interaction map between Tax-1 and human PDZ domain-containing proteins (hPDZome). We show that Tax-1 interacts with more than one-third of hPDZome components, including proteins involved in cell cycle, cell-cell junctions, cytoskeleton organization, and membrane complex assembly. Using nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, we have determined the structural basis of the interaction between the C -terminal PDZ binding motif (PBM) of Tax-1, and the PDZ domains of syntenin-1, an evolutionary conserved hub that controls exosome trafficking. Finally, we have used confocal imaging, molecular modelling, NMR and mammalian cell-based assays to demonstrate that the Tax-1/syntenin-1 interaction is amenable to small-molecule inhibition. Altogether, our study highlights the biological significance of Tax-PDZ interactome and its interplay with exosome formation. It shows a direct link between extracellular vesicles and HTLV-1 transmission, providing a novel framework for the design of targeted therapies for HTLV-1-induced diseases.

Tauopathies, a group of neurodegenerative disorders, are characterized by the abnormal aggregation of microtubule-associated Tau proteins in neurons and glial cells. The process of Tau proteins transitioning from soluble, intrinsically disordered monomers to disease-associated aggregates is still unclear. Investigating these molecular mechanisms requires the reconstitution of such processes in cellular and in vitro models using recombinant proteins at high purity and yield. However, the production of phase-separating or aggregation-prone recombinant proteins like Tau’s hydrophobic-rich domains or disease mutation-carrying variants on a large scale is highly challenging due to their limited solubility. To overcome this challenge, we have developed an improved strategy for expressing and purifying recombinant Tau proteins using the major ampullate spidroin-derived solubility tag (MaSp-NT*). This approach involves using NT* as a fusion tag to enhance the solubility and stability of expressed proteins by forming micelle-like particles within the cytosol of E. coli cells. We found that fusion with the NT* tag significantly increased the solubility and yield of highly hydrophobic and/or aggregation-prone Tau constructs. Our purification method for NT* fusion proteins yielded up to twenty-fold higher amounts than proteins purified using our novel tandem-tag (6xHis-SUMO-Tau-Heparin) purification system. This enhanced expression and yield were demonstrated with full-length Tau (hT40/Tau441), its particularly aggregation-prone repeat domain (Tau-MTBR), and Frontotemporal dementia (FTD)-associated mutant (Tau-P301L). These advancements offer promising avenues for the production of large quantities of Tau proteins suitable for in vitro experimental techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy without the need for a boiling step, bringing us closer to effective treatments for tauopathies.

Adenovirus (AdV) infection of the respiratory epithelium is common, but poorly understood. Human AdV species C types, such as HAdV-C5, utilize the Coxsackie-adenovirus receptor (CAR) for attachment and subsequently integrins for entry. CAR and integrins are however located deep within the tight junctions in the mucosa where they would not be easily accessible. Recently, a model for CAR-independent AdV entry was proposed. In this model, human lactoferrin (hLF), an innate immune protein, aids the viral uptake into epithelial cells by mediating interactions between the major capsid protein, hexon, and yet unknown host cellular receptor(s). However, a detailed understanding of the molecular interactions driving this mechanism is lacking. Here, we present a new cryo-EM structure of HAdV-5C hexon at high resolution alongside a hybrid structure of HAdV-5C hexon complexed with human lactoferrin (hLF). These structures reveal the molecular determinants of the interaction between hLF and HAdV-C5 hexon. hLF engages hexon primarily via its N-terminal lactoferricin (Lfcin) region, interacting with hexon9s hypervariable region 1 (HVR-1). Mutational analyses pinpoint critical Lfcin contacts and also identify additional regions within hLF that critically contribute to hexon binding. Our study sheds more light on the intricate mechanism by which HAdV-C5 utilizes soluble hLF/Lfcin for cellular entry. These findings hold promise for advancing gene therapy applications and inform vaccine development.