Identification and characterisation of transcriptional regulators through proximity interaction mapping in two distinct systems

Abstract

[eng] Transcriptional regulation is a multifaceted and fundamental process, which underpins normal physiology, and its dysregulation is associated to numerous pathologies. Using two inherently different transcriptional programmes, we probed the complex nature of the components and systems that govern their organisation. 1) The differentiation of Multiciliated cells (MCCs) requires the sequential action of the atypical transcriptional activators GEMC1 and MCIDAS. Activation of the pathway results in the projection of dozens to hundreds of motile cilia from the apical surface of MCCs to promote the movement of fluids in the mammalian brain, airway or reproductive organs. How these factors operate and the extent to which they play redundant functions remains poorly understood. Here, we demonstrate that the transcriptional targets and proximal proteomes of GEMC1 and MCIDAS are highly similar. However, we identified distinct interactions with SWI/SNF subcomplexes; GEMC1 interacts primarily with the ARID1A containing BAF complex and MCIDAS with the BRD9 containing ncBAF complex. Inhibition of BRD9 impaired MCIDAS-mediated activation of several target genes and compromised MCC differentiation in two Multiciliogenesis models. We further began to decipher the regulatory role CCNO, a cyclin expressed during MCC differentiation, has on this complex process, highlighting a number of important interactions. Our data suggests that the differential engagement of distinct SWI/SNF subcomplexes by GEMC1 and MCIDAS is required for MCC-specific transcriptional regulation and that CCNO regulates the process. 2) Large transcriptional apparatus can form transcriptional condensates, in a process known as phase separation, aberrations of which can affect the activity of genes responsible for human disease. Castration resistant prostate cancer is a disease that is driven by the pathogenic Androgen Receptor, a transcription factor which is currently thought to be “undruggable”. Here we demonstrate, that by altering the aromaticity of the AR through tyrosine mutations, we can impair the formation of condensates that results in defective translocation, protein interactions and transcriptional activity. Furthermore, using a panel of novel small molecule inhibitors, we could perturb AR phase separation and arrest its protein interactions and functions in tumour development.

[spa] La regulación transcripcional es un proceso multifacético y fundamental, que sustenta la fisiología normal, y su desregulación está asociada a numerosas patologías. Usando dos programas transcripcionales inherentemente diferentes, probamos la compleja de los componentes y sistemas que gobiernan su organización. 1) La diferenciación de células Multiciliadas (MCCs) requiere la acción secuencial de los activadores transcripcionales atípicos GEMC1 y MCIDAS. La activación de la vía da como resultado la proyección de docenas a cientos de cilios móviles desde la superficie apical de los MCC para promover el movimiento de fluidos en el cerebro, las vías respiratorias o los órganos reproductivos de los mamíferos. La forma en que operan estos factores y la medida en que desempeñan funciones redundantes sigue siendo poco conocida. Aquí, demostramos que los objetivos transcripcionales y los proteomas proximales de GEMC1 y MCIDAS son muy similares. Sin embargo, identificamos distintas interacciones con los subcomplejos SWI/SNF; GEMC1 interactúa principalmente con el complejo BAF que contiene ARID1A y MCIDAS con el complejo ncBAF que contiene BRD9. La inhibición de BRD9 deterioró la activación mediada por MCIDAS de varios genes diana y comprometió la diferenciación de MCC en dos modelos de multiciliogénesis. Además, comenzamos a descifrar el papel regulador que CCNO, una ciclina expresada durante la diferenciación de MCC, tiene en este proceso complejo, destacando una serie de interacciones importantes. Nuestros datos sugieren que se requiere el compromiso diferencial de distintos subcomplejos SWI/SNF por GEMC1 y MCIDAS para la regulación transcripcional específica de MCC y que CCNO regula el proceso. 2) Los grandes aparatos transcripcionales pueden formar condensados transcripcionales, en un proceso conocido como phase separation, cuyas aberraciones pueden afectar la actividad de los genes responsables de enfermedades humanas. El cáncer de próstata resistente a la castración es una enfermedad impulsada por el Receptor de Andrógenos (AR) patógeno, un factor de transcripción que actualmente se cree que es "no medicable". Aquí demostramos que al alterar la aromaticidad del AR a través de mutaciones de tirosina, podemos afectar la formación de condensados que dan como resultado una translocación defectuosa, interacciones proteicas y actividad transcripcional. Además, utilizando un panel de nuevos inhibidores de moléculas pequeñas, pudimos perturbar la phase separation de AR y detener sus interacciones y funciones de proteínas en el desarrollo de tumores.