Chromatin Central: towards the comparative proteome by accurate mapping of the yeast proteomic environment

High resolution mapping of the proteomic environment and proteomic hyperlinks in fission and budding yeast reveals that divergent hyperlinks are due to gene duplications

The Schizosaccharomyces pombe JmjC-protein, Msc1, prevents H2A.Z localization in centromeric and subtelomeric chromatin domains

Eukaryotic genomes are repetitively packaged into chromatin by nucleosomes, however they are regulated by the differences between nucleosomes, which establish various chromatin states. Local chromatin cues direct the inheritance and propagation of chromatin status via self-reinforcing epigenetic mechanisms. Replication-independent histone exchange could potentially perturb chromatin status if histone exchange chaperones, such as Swr1C, loaded histone variants into wrong sites. Here we show that in Schizosaccharomyces pombe, like Saccharomyces cerevisiae, Swr1C is required for loading H2A.Z into specific sites, including the promoters of lowly expressed genes. However S. pombe Swr1C has an extra subunit, Msc1, which is a JumonjiC-domain protein of the Lid/Jarid1 family. Deletion of Msc1 did not disrupt the S. pombe Swr1C or its ability to bind and load H2A.Z into euchromatin, however H2A.Z was ectopically found in the inner centromere and in subtelomeric chromatin. Normally this subtelomeric region not only lacks H2A.Z but also shows uniformly lower levels of H3K4me2, H4K5, and K12 acetylation than euchromatin and disproportionately contains the most lowly expressed genes during vegetative growth, including many meiotic-specific genes. Genes within and adjacent to subtelomeric chromatin become overexpressed in the absence of either Msc1, Swr1, or paradoxically H2A.Z itself. We also show that H2A.Z is N-terminally acetylated before, and lysine acetylated after, loading into chromatin and that it physically associates with the Nap1 histone chaperone. However, we find a negative correlation between the genomic distributions of H2A.Z and Nap1/Hrp1/Hrp3, suggesting that the Nap1 chaperones remove H2A.Z from chromatin. These data describe H2A.Z action in S. pombe and identify a new mode of chromatin surveillance and maintenance based on negative regulation of histone variant misincorporation.publishedVersio

Protein interactions within the Set1 complex and their roles in the regulation of histone 3 lysine 4 methylation

Set1 is the catalytic subunit and the central component of the evolutionarily conserved Set1 complex (Set1C) that methylates histone 3 lysine 4 (H3K4). Here we have determined protein/protein interactions within the complex and related the substructure to function. The loss of individual Set1C subunits differentially affects Set1 stability, complex integrity, global H3K4 methylation, and distribution of H3K4 methylation along active genes. The complex requires Set1, Swd1, and Swd3 for integrity, and Set1 amount is greatly reduced in the absence of the Swd1-Swd3 heterodimer. Bre2 and Sdc1 also form a heteromeric subunit, which requires the SET domain for interaction with the complex, and Sdc1 strongly interacts with itself. Inactivation of either Bre2 or Sdc1 has very similar effects. Neither is required for complex integrity, and their removal results in an increase of H3K4 mono- and dimethylation and a severe decrease of trimethylation at the 5′ end of active coding regions but a decrease of H3K4 dimethylation at the 3′ end of coding regions. Cells lacking Spp1 have a reduced amount of Set1 and retain a fraction of trimethylated H3K4, whereas cells lacking Shg1 show slightly elevated levels of both di- and trimethylation. Set1C associates with both serine 5- and serine 2-phosphorylated forms of polymerase II, indicating that the association persists to the 3′ end of transcribed genes. Taken together, our results suggest that Set1C subunits stimulate Set1 catalytic activity all along active genes.Acciones Integradas Hispano-Francesas HF2003-0170Ministerio de Educación y Ciencia BFU2005-02603Ministerio de Ciencia y Tecnología BMC2003- 07072-C03-0

Combinatorial CRISPR-Cas9 screens for de novo mapping of genetic interactions.

We developed a systematic approach to map human genetic networks by combinatorial CRISPR-Cas9 perturbations coupled to robust analysis of growth kinetics. We targeted all pairs of 73 cancer genes with dual guide RNAs in three cell lines, comprising 141,912 tests of interaction. Numerous therapeutically relevant interactions were identified, and these patterns replicated with combinatorial drugs at 75% precision. From these results, we anticipate that cellular context will be critical to synthetic-lethal therapies

Stability of mRNA/DNA and DNA/DNA Duplexes Affects mRNA Transcription

Nucleic acids, due to their structural and chemical properties, can form double-stranded secondary structures that assist the transfer of genetic information and can modulate gene expression. However, the nucleotide sequence alone is insufficient in explaining phenomena like intron-exon recognition during RNA processing. This raises the question whether nucleic acids are endowed with other attributes that can contribute to their biological functions. In this work, we present a calculation of thermodynamic stability of DNA/DNA and mRNA/DNA duplexes across the genomes of four species in the genus Saccharomyces by nearest-neighbor method. The results show that coding regions are more thermodynamically stable than introns, 3′-untranslated regions and intergenic sequences. Furthermore, open reading frames have more stable sense mRNA/DNA duplexes than the potential antisense duplexes, a property that can aid gene discovery. The lower stability of the DNA/DNA and mRNA/DNA duplexes of 3′-untranslated regions and the higher stability of genes correlates with increased mRNA level. These results suggest that the thermodynamic stability of DNA/DNA and mRNA/DNA duplexes affects mRNA transcription

Identification of a BET Family Bromodomain/Casein Kinase II/TAF-Containing Complex as a Regulator of Mitotic Condensin Function

SummaryCondensin is a central regulator of mitotic genome structure with mutants showing poorly condensed chromosomes and profound segregation defects. Here, we identify NCT, a complex comprising the Nrc1 BET-family tandem bromodomain protein (SPAC631.02), casein kinase II (CKII), and several TAFs, as a regulator of condensin function. We show that NCT and condensin bind similar genomic regions but only briefly colocalize during the periods of chromosome condensation and decondensation. This pattern of NCT binding at the core centromere, the region of maximal condensin enrichment, tracks the abundance of acetylated histone H4, as regulated by the Hat1-Mis16 acetyltransferase complex and recognized by the first Nrc1 bromodomain. Strikingly, mutants in NCT or Hat1-Mis16 restore the formation of segregation-competent chromosomes in cells containing defective condensin. These results are consistent with a model where NCT targets CKII to chromatin in a cell-cycle-directed manner in order to modulate the activity of condensin during chromosome condensation and decondensation

An acetylated form of histone H2A.Z regulates chromosome architecture in Schizosaccharomyces pombe

Histone variant H2A.Z has a conserved role in genome stability, although it remains unclear how this is mediated. Here we demonstrate that the fission yeast Swr1 ATPase inserts H2A.Z (Pht1) into chromatin and Kat5 acetyltransferase (Mst1) acetylates it. Deletion or an unacetylatable mutation of Pht1 leads to genome instability, primarily caused by chromosome entanglement and breakage at anaphase. This leads to the loss of telomere-proximal markers, though telomere protection and repeat length are unaffected by the absence of Pht1. Strikingly, the chromosome entanglement in pht1Delta anaphase cells can be rescued by forcing chromosome condensation before anaphase onset. We show that the condensin complex, required for the maintenance of anaphase chromosome condensation, prematurely dissociates from chromatin in the absence of Pht1. This and other findings suggest an important role for H2A.Z in the architecture of anaphase chromosomes

Exploring Histone Modifying Complexes with a Proteomic Approach

Der SET-Bereich befindet sich unter den verschiedenen Proteinsequenzbereichen, die mit epigentischer Regulation hauptsächlich durch die Präsenz von Trihtorax (trxG) und Polycomb (PcG) Gruppen von Chromatinmodifikatoren in Zusammenhang gebracht werden. Nach der Entdeckung des ersten SET-Bereichs vor einigen Jahren, welcher die Histon-Lysin-Methyltransferase (Su(var)39) enthält, wurde den Proteinen mit SET-Bereich sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl die Histon-Lysin-Methylierung schon länger als 30 Jahre bekannt ist, war ihre Funktion vor diesem überragenden Ergebnis größten Teils unbekannt. In meiner Arbeit beschreibe ich die kombinatorische und funktionale Charakterisierung von 3 Hefe Proteinkomplexen durch die Anwendung von proteomischer SEAM (Sequential Epitope Tagging and Mass Spectrometry). Zwei dieser Komplex enthalten einen SET-Bereich und die Dritte ist der Rad6 Komplex aus S. pombe (Sp_Rad6C). Der Set1 Komplex (Set1C) beinhaltet 8 Bausteine, methylisiert Lysin 4 in Histon H3 und ist die erste, entdeckte Histone H3 Lysin 4 Methyltransferase. Es beinhaltet ein Ash2 Homolog (Bre2), einen bekannten Baustein von trxG. Kürzlich wurden Rad6 beinhaltende Komplexe gezeigt, die in engem Bezug zu der H3-K4 und H3-K79 Methylation durch ubiquitinierung von Histon H2B und die Etablierung von trans-histonen Signalwegen stehen. Unsere Analysen von Sp-Rad6C führten zu mehreren interessanten Ansichten. Der Set3 Komplex (Set3C) hat keine feststellbare Aktivität einer Methyltransferase, enthält jedoch zwei Histon deacetylasen (HDACs) ? eine klassische HDAC (Hos2) und eine NAD-abhängige HDAC (Hst1). Unsere funktionelle Analyse von Set3C zeigt, dass Set3C bei der Regulierung des meiotischen Genexpressionsprogramms in knospenden Hefen (S. cerevisiae) beteiligt ist. Evolutionbiologisch betrachtet, ist die Spalt-Hefe (S. pombe) sehr weit von S. cerevisiae entfernt und wird meist als ein besserer Modellorganismus fur höhere Eukaryoten angesehen. In einem Versuch, unser Wissen uber andere Organismen zu vergrößern, haben wir ähnliche Untersuchungen in S. pombe unternommen und haben herausgefunden, dass Set1C in beiden Hefen sehr stark konserviert ist. Darüberhinaus waren die Set1-Ash2 Verbindungen konserviert und wir nehmen an, dass auch in höheren Eukaryoten Set1-ahnliche Methyltransferasen Ash2-ahnliche Proteinen angehören. Dies wurde später durch mehrere Studien von anderen Gruppen bestätigt, die an Säugetieren arbeiten. Was Set3C anbelangt, wurden unsere weiteren Analysen nur durch vergleichende Proteomik beschränkt. Wir zeigen, dass der proteomische Kern von Set3C in Spalt-Hefe konserviert wird. Im Gegensatz zu Set3C in S. cerevisiae, beinhaltet diese in S. pombe nur eine HDAC, die zur Hos2 Familie gehört,. Die präsentierte Arbeit hat auch viele Auswirkungen auf die übergreifende Organisation von Proteomen. Wir beschreiben verschiedene Beispiele von gemeinsamen Komponenten zwischen unterschiedlichen Komplexen und prägen den Begriff "proteomischer Hyperlink". Wir waren in der Lage zu zeigen, dass proteomische Kerne sogar für unwesentliche Proteinkomplexe hoch konserviert sind. Die generelle proteomische Schaltung über proteomische Hyperlinks scheint jedoch verworrener und unvorhersehbar zu sein. Wir schlussfolgern, dass die Erschaffung von zuverlässigen, detailierten, proteomischen Abbildungen, welche auf dem Wissen von niederen Organismen fundieren, zur Zeit nicht möglich ist

Exploring Histone Modifying Complexes with a Proteomic Approach

Der SET-Bereich befindet sich unter den verschiedenen Proteinsequenzbereichen, die mit epigentischer Regulation hauptsächlich durch die Präsenz von Trihtorax (trxG) und Polycomb (PcG) Gruppen von Chromatinmodifikatoren in Zusammenhang gebracht werden. Nach der Entdeckung des ersten SET-Bereichs vor einigen Jahren, welcher die Histon-Lysin-Methyltransferase (Su(var)39) enthält, wurde den Proteinen mit SET-Bereich sehr viel Aufmerksamkeit geschenkt. Obwohl die Histon-Lysin-Methylierung schon länger als 30 Jahre bekannt ist, war ihre Funktion vor diesem überragenden Ergebnis größten Teils unbekannt. In meiner Arbeit beschreibe ich die kombinatorische und funktionale Charakterisierung von 3 Hefe Proteinkomplexen durch die Anwendung von proteomischer SEAM (Sequential Epitope Tagging and Mass Spectrometry). Zwei dieser Komplex enthalten einen SET-Bereich und die Dritte ist der Rad6 Komplex aus S. pombe (Sp_Rad6C). Der Set1 Komplex (Set1C) beinhaltet 8 Bausteine, methylisiert Lysin 4 in Histon H3 und ist die erste, entdeckte Histone H3 Lysin 4 Methyltransferase. Es beinhaltet ein Ash2 Homolog (Bre2), einen bekannten Baustein von trxG. Kürzlich wurden Rad6 beinhaltende Komplexe gezeigt, die in engem Bezug zu der H3-K4 und H3-K79 Methylation durch ubiquitinierung von Histon H2B und die Etablierung von trans-histonen Signalwegen stehen. Unsere Analysen von Sp-Rad6C führten zu mehreren interessanten Ansichten. Der Set3 Komplex (Set3C) hat keine feststellbare Aktivität einer Methyltransferase, enthält jedoch zwei Histon deacetylasen (HDACs) ? eine klassische HDAC (Hos2) und eine NAD-abhängige HDAC (Hst1). Unsere funktionelle Analyse von Set3C zeigt, dass Set3C bei der Regulierung des meiotischen Genexpressionsprogramms in knospenden Hefen (S. cerevisiae) beteiligt ist. Evolutionbiologisch betrachtet, ist die Spalt-Hefe (S. pombe) sehr weit von S. cerevisiae entfernt und wird meist als ein besserer Modellorganismus fur höhere Eukaryoten angesehen. In einem Versuch, unser Wissen uber andere Organismen zu vergrößern, haben wir ähnliche Untersuchungen in S. pombe unternommen und haben herausgefunden, dass Set1C in beiden Hefen sehr stark konserviert ist. Darüberhinaus waren die Set1-Ash2 Verbindungen konserviert und wir nehmen an, dass auch in höheren Eukaryoten Set1-ahnliche Methyltransferasen Ash2-ahnliche Proteinen angehören. Dies wurde später durch mehrere Studien von anderen Gruppen bestätigt, die an Säugetieren arbeiten. Was Set3C anbelangt, wurden unsere weiteren Analysen nur durch vergleichende Proteomik beschränkt. Wir zeigen, dass der proteomische Kern von Set3C in Spalt-Hefe konserviert wird. Im Gegensatz zu Set3C in S. cerevisiae, beinhaltet diese in S. pombe nur eine HDAC, die zur Hos2 Familie gehört,. Die präsentierte Arbeit hat auch viele Auswirkungen auf die übergreifende Organisation von Proteomen. Wir beschreiben verschiedene Beispiele von gemeinsamen Komponenten zwischen unterschiedlichen Komplexen und prägen den Begriff "proteomischer Hyperlink". Wir waren in der Lage zu zeigen, dass proteomische Kerne sogar für unwesentliche Proteinkomplexe hoch konserviert sind. Die generelle proteomische Schaltung über proteomische Hyperlinks scheint jedoch verworrener und unvorhersehbar zu sein. Wir schlussfolgern, dass die Erschaffung von zuverlässigen, detailierten, proteomischen Abbildungen, welche auf dem Wissen von niederen Organismen fundieren, zur Zeit nicht möglich ist