Marie-Claude Geoffroy, Sarah Tessier, Domitille Rérolle, Alfred C.O. Vertegaal, Pierre Bercier, Marika Pla, Román González-Prieto, Omar Ferhi, Emmanuelle Fabre, Valérie Lallemand-Breitenbach, Antoine Canat, Samuel Quentin, Pierre Therizols, Michiko Niwa-Kawakita, Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB), Labex MemoLife, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Génomes, biologie cellulaire et thérapeutiques (GenCellDi (UMR_S_944)), Collège de France (CdF (institution))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Leiden University Medical Center (LUMC), Institut de Recherche Saint-Louis - Hématologie Immunologie Oncologie (Département de recherche de l’UFR de médecine, ex- Institut Universitaire Hématologie-IUH) (IRSL), Université de Paris (UP), Hopital Saint-Louis [AP-HP] (AP-HP), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP), Hématopoïèse normale et pathologique : émergence, environnement et recherche translationnelle [Paris] ((UMR_S1131 / U1131)), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Paris (UP), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Génomes, biologie cellulaire et thérapeutiques (GenCellDi (U944 / UMR7212)), Collège de France (CdF (institution))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Université Paris Cité (UPCité), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris Cité (UPCité), and Therizols, Pierre
SummaryMembrane-less organelles are condensates formed by phase separation whose functions often remain enigmatic. Upon oxidative stress, PML scaffolds Nuclear Bodies (NBs) to regulate senescence or metabolic adaptation, but their role in pluripotency remains elusive. Here we establish that PML is required for basal SUMO2/3 conjugation in mESCs and oxidative stress-driven sumoylation in mESCs or in vivo. PML NBs create an oxidation-protective environment for UBC9-driven SUMO2/3 conjugation of PML partners, often followed by their poly-ubiquitination and degradation. Differential in vivo proteomics identified several members of the KAP1 complex as PML NB-dependent SUMO2-targets. The latter drives functional activation of this key epigenetic repressor. Accordingly, Pml−/− mESCs re-express transposable elements and display features of totipotent-like cells, a process further enforced by PML-controlled SUMO2-conjugation of DPPA2. Finally, PML is required for adaptive stress responses in mESCs. Collectively, PML orchestrates mESC fate through SUMO2-conjugation of key transcriptional or epigenetic regulators, raising new mechanistic hypotheses about PML roles in normal or cancer stem cells.