Ana-Andreea Arteni, Isaline Herrada, François-Xavier Theillet, Catherine Coirault, Florian Celli, Camille Samson, Sophie Zinn-Justin, Kitty Hendriks, Adam Lange, Béatrice Alpha-Bazin, Nada Essawy, Jean Armengaud, Maximilian Zinke, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule ( I2BC ), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ), Laboratoire de Biologie Structurale et Radiobiologie ( LBSR ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie, Centre de recherche en myologie, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Association française contre les myopathies ( AFM-Téléthon ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de Biologie et de Technologies de Saclay ( IBITECS ), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Laboratoire de Biochimie des Systèmes Perturbés ( LBSP ), Institut für Biologie/Mikrobiologie, Humboldt Universität zu Berlin, Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Biologie Structurale et Radiobiologie (LBSR), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Leibniz Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakolgie = Leibniz Institute for Molecular Pharmacology [Berlin, Allemagne] (FMP), Leibniz Association, Centre de recherche en Myologie – U974 SU-INSERM, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU), Institut de Biologie et de Technologies de Saclay (IBITECS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Laboratoire de Biochimie des Systèmes Perturbés (LBSP), Humboldt University Of Berlin, Coirault, Catherine, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Association française contre les myopathies (AFM-Téléthon)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Humboldt-Universität zu Berlin, and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Association française contre les myopathies (AFM-Téléthon)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
International audience; At the nuclear envelope, the inner nuclear membrane protein emerin contributes to the interface between the nucleoskeleton and the chromatin. Emerin is an essential actor of the nuclear response to a mechanical signal. Genetic defects in emerin cause Emery-Dreifuss muscular dystrophy. It was proposed that emerin oligomerization regulates nucleoskeleton binding , and impaired oligomerization contributes to the loss of function of emerin disease-causing mutants. We here report the first structural characterization of emerin oligomers. We identified an N-terminal emerin region from amino acid 1 to amino acid 132 that is necessary and sufficient for formation of long curvilinear filaments. In emerin monomer, this region contains a globular LEM domain and a fragment that is intrinsically disordered. Solid-state nuclear magnetic resonance analysis identifies the LEM b-fragment as part of the oligomeric structural core. However, the LEM domain alone does not self-assemble into filaments. Additional residues forming a b-structure are observed within the filaments that could correspond to the unstructured region in emerin monomer. We show that the delK37 mutation causing muscular dystrophy triggers LEM domain unfolding and increases emerin self-assembly rate. Similarly, inserting a disulfide bridge that stabilizes the LEM folded state impairs emerin N-terminal region self-assembly, whereas reducing this disulfide bridge triggers self-assembly. We conclude that the LEM domain, responsible for binding to the chromatin protein BAF, undergoes a conformational change during self-assembly of emerin N-terminal region. The consequences of these structural rearrangement and self-assembly events on emerin binding properties are discussed. Abbreviations BAF, barrier-to-autointegration factor; DTT, dithiothreitol; EDMD, Emery-Dreifuss muscular dystrophy; LEM, Lap2-emerin-Man1; LINC, linker of nucleoskeleton and cytoskeleton; NMR, nuclear magnetic resonance; SDS/PAGE, sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis; ThT, thioflavin T.