During early embryogenesis of the nematode, Caenorhabditis elegans, the chromatin motion markedly decreases. Despite its biological implications, the underlying mechanism for this transition was unclear. By combining theory and experiment, we analyze the mean-square displacement (MSD) of the chromatin loci, and demonstrate that MSD-vs-time relationships in various nuclei collapse into a single master curve by normalizing them with the mesh size and the corresponding time scale. This enables us to identify the onset of the entangled dynamics with the size of tube diameter of chromatin polymer in the C. elegans embryo. Our dynamical scaling analysis predicts the transition between unentangled and entangled dynamics of chromatin polymers, the quantitative formula for MSD as a function of nuclear size and timescale, and provides testable hypotheses on chromatin mobility in other cell types and species.

Abstract NRF2 is a transcription factor responsible for antioxidant stress responses that is usually regulated in a redox-dependent manner. p62 bodies formed by liquid-liquid phase separation contain Ser349-phosphorylated p62, which participates in the redox-independent activation of NRF2. However, the regulatory mechanism and physiological significance of phosphorylation remain unclear. Herein, we identify ULK1 as a kinase responsible for phosphorylation of p62. ULK1 co-localizes with p62 bodies, and directly interacts with p62. This phosphorylation allows KEAP1 to be retained within p62 bodies, activating NRF2. p62 S351E/+ mice are phosphomimetic knock-in mice in which Ser351 corresponding to human Ser349 is replaced by Glu. These mice, but not phosphodefective p62 S351A/S351A mice, exhibit NRF2 hyperactivation and growth retardation, the latter caused by malnutrition and dehydration due to obstruction of the esophagus and forestomach secondary to hyperkeratosis. p62 S351E/+ mice are a phenocopy of systemic Keap1 -knockout mice. Our results expand our understanding of the physiological importance of the redox-independent NRF2 activation pathway and provide new insight into the role of phase separation in this process.

Chromatin moves dynamically inside the cell nucleus, and its motion is often correlated with gene functions such as DNA recombination and transcription. A recent study has shown that during early embryogenesis of the nematode, Caenorhabiditis elegans, the chromatin motion markedly decreases. However, the underlying mechanism for this transition has yet to be elucidated. We systematically investigated the impact of nuclear size to demonstrate that it is indeed a decisive factor in chromatin mobility. To this end, we established a method to quantify chromatin motion inside the nucleus, while excluding the contribution of the movement of the nucleus itself, which allowed us to extract the intrinsic mean-squared displacement (iMSD) of individual chromosomal loci in moving nuclei from the correlated motion of two loci. We show that a simple theoretical description, which takes into account the topological constraints of chromatin polymers, can quantitatively describe the relationship between the nucleus size and the chromatin motion in vivo. Our results emphasize a regulatory role of nuclear size in restricting chromatin motion, and a generic polymer physics model plays a guiding role in capturing this essential feature.