ポリホメメオス滅菌アルファモチーフによる相分離ポリコムグループタンパク質をコンパートメント化し、その活性を高める

Polycombグループ（PCG）タンパク質は、遺伝子発現を調節するために複数のスケールでクロマチンを組織します。Polycomb Respressional Complex 1（PRC1）サブユニットポリホメモーテス（PH）の保存された滅菌アルファモチーフ（SAM）は、クロマチンコンパクションおよび大規模なクロマチン組織に重要な役割を果たすことが示されています。PH SAMはヘリカルヘッドからテールポリマーを形成し、クロマチン結合PH/PRC1間のSAM-SAM相互作用はクロマチンをコンパクトし、長距離相互作用を媒介すると考えられています。根本的なメカニズムを理解するために、ここでは、in vitroでクロマチンに対するpH SAMの効果を分析します。SAMを含む切り捨てられたpHタンパク質とのクロマチンまたはDNAのインキュベーションは、濃縮された相分離凝縮物の形成をもたらすことがわかります。PH SAM依存性凝縮液は、抽出物からPRC1を補充し、PRC1ユビキチンリガーゼ活性をヒストンH2Aに向けて強化することができます。無傷のSAMによるpHの過剰発現は、細胞内のユビキチン化H2Aを増加させることを示します。したがって、pHのコンテキストでのSAM誘導相分離は、ヒストンの修飾を促進するクロマチンの生化学コンパートメントへの大規模な圧縮を媒介する可能性があります。

Polycomb Group (PcG) proteins organize chromatin at multiple scales to regulate gene expression. A conserved Sterile Alpha Motif (SAM) in the Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1) subunit Polyhomeotic (Ph) has been shown to play an important role in chromatin compaction and large-scale chromatin organization. Ph SAM forms helical head to tail polymers, and SAM-SAM interactions between chromatin-bound Ph/PRC1 are believed to compact chromatin and mediate long-range interactions. To understand the underlying mechanism, here we analyze the effects of Ph SAM on chromatin in vitro. We find that incubation of chromatin or DNA with a truncated Ph protein containing the SAM results in formation of concentrated, phase-separated condensates. Ph SAM-dependent condensates can recruit PRC1 from extracts and enhance PRC1 ubiquitin ligase activity towards histone H2A. We show that overexpression of Ph with an intact SAM increases ubiquitylated H2A in cells. Thus, SAM-induced phase separation, in the context of Ph, can mediate large-scale compaction of chromatin into biochemical compartments that facilitate histone modification.