Summary Biomolecular condensation is a widespread mechanism of cellular compartmentalization. Because the ‘survival of motor neuron protein’ (SMN) is required for the formation of three different membraneless organelles (MLOs), we hypothesized that at least one region of SMN employs a unifying mechanism of condensation. Unexpectedly, we show here that SMN’s globular tudor domain was sufficient for dimerization-induced condensation in vivo , while its two intrinsically disordered regions (IDRs) were not. The condensate-forming property of the SMN tudor domain required binding to its ligand, dimethylarginine (DMA), and was shared by at least seven additional tudor domains in six different proteins. Remarkably, asymmetric versus symmetric DMA determined whether two distinct nuclear MLOs – gems and Cajal bodies – were separate or overlapping. These findings show that the combination of a tudor domain bound to its DMA ligand – DMA-tudor – represents a versatile yet specific interaction module that regulates MLO assembly and defines their composition.

The cell nucleus contains distinct biomolecular condensates that form at specific genetic loci, organize chromosomes in 3D space, and regulate RNA processing. Among these, Cajal bodies (CBs) require key “scaffolding” proteins for their assembly, which is not fully understood. Here, we employ proximity biotinylation, mass spectrometry, and functional screening to comprehensively identify and test the functions of CB components. We document 144 protein interactors of coilin, of which 70 were newly detected, and establish 25 players needed for CB assembly and/or maintenance. Surprisingly, the depletion of nine coilin interactors—mostly constituents of the 60S ribosome (RPLs)—increased CB number and caused subdomains defined by coilin and the survival motor neuron protein (SMN) to merge. These phenotypes were traceable to altered nuclear levels of dimethylarginine. Our data implicate RPL24 and other players in the regulation of CBs by modulating posttranslational modifications. Moreover, the prevalence of transcription factors among the identified components highlights roles for gene activity in CB assembly and nuclear positioning.

Pre-mRNA splicing is accomplished by the spliceosome, a megadalton complex that assembles de novo on each intron. Because spliceosome assembly and catalysis occur co-transcriptionally, we hypothesized that introns are removed in the order of their transcription in genomes dominated by constitutive splicing. Remarkably little is known about splicing order and the regulatory potential of nascent transcript remodeling by splicing, due to the limitations of existing methods that focus on analysis of mature splicing products (mRNAs) rather than substrates and intermediates. Here, we overcome this obstacle through long-read RNA sequencing of nascent, multi-intron transcripts in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Most multi-intron transcripts were fully spliced, consistent with rapid co-transcriptional splicing. However, an unexpectedly high proportion of transcripts were either fully spliced or fully unspliced, suggesting that splicing of any given intron is dependent on the splicing status of other introns in the transcript. Supporting this, mild inhibition of splicing by a temperature-sensitive mutation in Prp2, the homolog of vertebrate U2AF65, increased the frequency of fully unspliced transcripts. Importantly, fully unspliced transcripts displayed transcriptional read-through at the polyA site and were degraded co-transcriptionally by the nuclear exosome. Finally, we show that cellular mRNA levels were reduced in genes with a high number of unspliced nascent transcripts during caffeine treatment, showing regulatory significance of co-transcriptional splicing. Therefore, overall splicing of individual nascent transcripts, 3' end formation, and mRNA half-life depend on the splicing status of neighboring introns, suggesting crosstalk among spliceosomes and the polyA cleavage machinery during transcription elongation.

Abstract Cajal bodies (CBs) are ubiquitous nuclear membraneless organelles (MLOs) that promote efficient biogenesis of RNA-protein complexes. Depletion of the CB scaffolding protein coilin is lethal for vertebrate embryogenesis, making CBs a strong model for understanding the structure and function of MLOs. Although it is assumed that CBs form through biomolecular condensation, the biochemical and biophysical principles that govern CB dynamics have eluded study. Here, we identify features of the coilin protein that drive CB assembly and shape. Focusing on coilin’s N-terminal domain (NTD), we discovered its unexpected capacity for oligomerization in vivo . Single amino acid mutational analysis of coilin revealed distinct molecular interactions required for oligomerization and binding to the Nopp140 ligand, which facilitates CB assembly. We demonstrate that the intrinsically disordered regions of Nopp140 have substantial condensation properties and suggest that Nopp140 binding thereby remodels stable coilin oligomers to form a particle that recruits other functional components.