Топология полиубиквитиновых цепей в хроматосомном окружении убиквитин-лигазы E3 RNF168

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Убиквитин-лигаза E3 RNF168 суперсемейства RING является важнейшим компонентом комплекса, осуществляющего убиквитинирование гистонов H2A/H2AX вблизи двуцепочечных разрывов ДНК, что является ключевой стадией привлечения факторов репарации к месту повреждения. В настоящей работе нами однозначно показано, что RNF168 не имеет природной способности непосредственно различать архитектуру полиубиквитиновых цепей, за исключением тропности двух её убиквитин-связывающих доменов UDM1/2 к убиквитинам, соединённым через аминокислотный остаток К63. Анализ внутриклеточного хроматосомного окружения полноразмерной RNF168 и её доменов методом лиганд-индуцированного резонансного переноса биолюминесценции выявил, что C-концевая часть UDM1 ассоциирована с К63-полиубиквитиновыми цепями; RING и N-концевая часть UDM2 стерически сближены с K63- и К48-убиквитиновыми цепями, в то время как C-концевая часть UDM1 колокализована со всеми возможными вариантами убиквитина. Полученные результаты совместно с имеющимися структурными данными позволяют выдвинуть гипотезу, что C-концевая часть UDM1 связывает К63-полиубиквитиновые цепи на линкерном гистоне Н1; RING и N-концевая часть UDM2 находятся в центральной части нуклеосомы и сближены с H1 и К48-убиквитинированными альтернативными субстратами RNF168, возможно, деметилазами JMJD2A/В, в то время как C-концевая часть UDM1, вероятно, находится в области активированного остатка убиквитина, связанного с убиквитин-лигазой Е2 в составе комплекса с RNF168. Резюмируя, наши данные могут объяснить наличие большого количества протяжённых неструктурированных участков в RNF168, которые потенциально необходимы этой Е3-лигазе для корректного позиционирования доменов UDM1/2 с целью многоточечного взаимодействия со множеством партнёров в её динамическом хроматосомном окружении.

Об авторах

А. А Кудряева

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

Email: anna.kudriaeva@gmail.com
117997 Москва, Россия

Л. А Якубова

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

117997 Москва, Россия

Г. А Саратов

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

117997 Москва, Россия

В. И Владимиров

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

117997 Москва, Россия

В. М Липкин

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

117997 Москва, Россия

А. А Белогуров

Институт биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН

117997 Москва, Россия

Список литературы

  1. Khanna, K. K., and Jackson, S. P. (2001) DNA double-strand breaks: Signaling, repair and the cancer connection, Nat. Genet., 27, 247-254, doi: 10.1038/85798.
  2. Jackson, S. P., and Bartek, J. (2009) The DNA-damage response in human biology and disease, Nature, 461, 1071-1078, doi: 10.1038/nature08467.
  3. Ceccaldi, R., Rondinelli, B., and D'Andrea, A. D. (2016) Repair pathway choices and consequences at the double-strand break, Trends Cell Biol., 26, 52-64, doi: 10.1016/j.tcb.2015.07.009.
  4. Price, B. D., and D'Andrea, A. D. (2013) Chromatin remodeling at DNA double-strand breaks, Cell, 152, 1344-1354, doi: 10.1016/j.cell.2013.02.011.
  5. Kim, J. J., Lee, S. Y., and Miller, K. M. (2019) Preserving genome integrity and function: the DNA damage response and histone modifications, Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., 54, 208-241, doi: 10.1080/10409238.2019.1620676.
  6. Bacheva, A. V., Gotmanova, N. N., Belogurov, A. A., and Kudriaeva, A. A. (2021) Control of genome through variative nature of histone-modifying ubiquitin ligases, Biochemistry (Moscow), 86, S71-S95, doi: 10.1134/S0006297921140066.
  7. Ciechanover, A. (2015) The unravelling of the ubiquitin system, Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 16, 322-324, doi: 10.1038/nrm3982.
  8. Kudriaeva, A. A., and Belogurov, A. A. (2019) Proteasome: a nanomachinery of creative destruction, Biochemistry (Moscow), 84, 159-192, doi: 10.1134/S0006297919140104.
  9. Kudriaeva, A. A., Livneh, I., Baranov, M. S., Ziganshin, R. H., Tupikin, A. E., Zaitseva, S. O., Kabilov, M. R., Ciechanover, A., and Belogurov, A. A. Jr. (2021) In-depth characterization of ubiquitin turnover in mammalian cells by fluorescence tracking, Cell. Chem. Biol., 28, 1192-1205, doi: 10.1016/j.chembiol.2021.02.009.
  10. Chen, Z. J., and Sun, L. J. (2009) Nonproteolytic functions of ubiquitin in cell signaling, Mol. Cell, 33, 275-286, doi: 10.1016/j.molcel.2009.01.014.
  11. Jackson, S. P., and Durocher, D. (2013) Regulation of DNA damage responses by ubiquitin and SUMO, Mol. Cell, 49, 795-807, doi: 10.1016/j.molcel.2013.01.017.
  12. Iwai, K., and Tokunaga, F. (2009) Linear polyubiquitination: a new regulator of NF-κB activation, EMBO Rep., 10, 706-713, doi: 10.1038/embor.2009.144.
  13. Matsumoto, M. L., Wickliffe, K. E., Dong, K. C., Yu, C., Bosanac, I., Bustos, D., Phu, L., Kirkpatrick, D. S., Hymowitz, S. G., Rape, M., Kelley, R. F., and Dixit, V. M. (2010) K11-linked polyubiquitination in cell cycle control revealed by a K11 linkage-specific antibody, Mol. Cell, 39, 477-484, doi: 10.1016/j.molcel.2010.07.001.
  14. Uckelmann, M., and Sixma, T. K. (2017) Histone ubiquitination in the DNA damage response, DNA Repair (Amst), 56, 92-101, doi: 10.1016/j.dnarep.2017.06.011.
  15. Nishi, R. (2017) Balancing act: To be, or not to be ubiquitylated, Mutat. Res., 803-805, 43-50, doi: 10.1016/j.mrfmmm.2017.07.006.
  16. Gudjonsson, T., Altmeyer, M., Savic, V., Toledo, L., Dinant, C., Grøfte, M., Bartkova, J., Poulsen, M., Oka, Y., Bekker-Jensen, S., Mailand, N., Neumann, B., Heriche, J. K., Shearer, R., Saunders, D., Bartek, J., Lukas, J., and Lukas, C. (2012) TRIP12 and UBR5 suppress spreading of chromatin ubiquitylation at damaged chromosomes, Cell, 150, 697-709, doi: 10.1016/j.cell.2012.06.039.
  17. Gatti, M., Pinato, S., Maiolica, A., Rocchio, F., Prato, M. G., Aebersold, R., and Penengo, L. (2015) RNF168 promotes noncanonical K27 ubiquitination to signal DNA damage, Cell Rep., 10, 226-238, doi: 10.1016/j.celrep.2014.12.021.
  18. Kudriaeva, A. A., Lipkin, V. M., and Belogurov, A. A. (2020) Topological features of histone H2A monoubiquitination, Dokl. Biochem. Biophys., 493, 193-197, doi: 10.1134/S1607672920040079.
  19. Kelliher, J., Ghosal, G., and Leung, J. W. C. (2022) New answers to the old RIDDLE: RNF168 and the DNA damage response pathway, FEBS J., 289, 2467-2480, doi: 10.1111/febs.15857.
  20. Pinato, S., Gatti, M., Scandiuzzi, C., Confalonieri, S., and Penengo, L. (2011) UMI, a novel RNF168 ubiquitin binding domain involved in the DNA damage signaling pathway, Mol. Cell. Biol., 31, 118-126, doi: 10.1128/mcb.00818-10.
  21. Takahashi, T. S., Hirade, Y., Toma, A., Sato, Y., Yamagata, A., Goto-Ito, S., Tomito, A., Nakada, S., and Fukai, S. (2018) Structural insights into two distinct binding modules for Lys63-linked polyubiquitin chains in RNF168, Nat. Commun., 9, 170, doi: 10.1038/s41467-017-02345-y.
  22. Kitevski-LeBlanc, J., Fradet-Turcotte, A., Kukic, P., Wilson, M. D., Portella, G., Yuwen, T., Panier, S., Duan, S., Canny, M. D., van Ingen, H., Arrowsmith, C. H., Rubinstein, J. L., Vendruscolo, M., Durocher, D., and Kay, L. E. (2017) The RNF168 paralog RNF169 defines a new class of ubiquitylated histone reader involved in the response to DNA damage, Elife, 6, e23872, doi: 10.7554/eLife.23872.
  23. Pinato, S., Scandiuzzi, C., Arnaudo, N., Citterio, E., Gaudino, G., and Penengo, L. (2009) RNF168, a new RING finger, MIU-containing protein that modifies chromatin by ubiquitination of histones H2A and H2AX, BMC Mol. Biol., 10, 55, doi: 10.1186/1471-2199-10-55.
  24. Horn, V., Uckelmann, M., Zhang, H., Eerland, J., Aarsman, I., le Paige, U. B., Davidovich, C., Sixma, T. K., and van Ingen, H. (2019) Structural basis of specific H2A K13/K15 ubiquitination by RNF168, Nat. Commun., 10, 1751, doi: 10.1038/s41467-019-09756-z.
  25. Machleidt, T., Woodroofe, C. C., Schwinn, M. K., Méndez, J., Robers, M. B., Zimmerman, K., Otto, P., Daniels, D. L., Kirkland, T. A., and Wood, K. V (2015) NanoBRET - a novel BRET platform for the analysis of protein-protein interactions, ACS Chem. Biol., 10, 1797-1804, doi: 10.1021/acschembio.5b00143.
  26. Weihs, F., Wang, J., Pfleger, K. D. G., and Dacres, H. (2020) Experimental determination of the bioluminescence resonance energy transfer (BRET) Förster distances of NanoBRET and red-shifted BRET pairs, Anal. Chim. Acta X., 6, 100059, doi: 10.1016/j.acax.2020.100059.
  27. Bednar, J., Garcia-Saez, I., Boopathi, R., Cutter, A. R., Papai, G., Reymer, A., Syed, S. H., Lone, I. N., Tonchev, O., Crucifix, C., Menoni, H., Papin, C., Skoufias, D. A., Kurumizaka, H., Lavery, R., Hamiche, A., Hayes, J. J., Schultz, P., Angelov, D., Petosa, C., and Dimitrov, S. (2017) Structure and dynamics of a 197 bp nucleosome in complex with linker histone H1, Mol. Cell, 66, 384-397.e8, doi: 10.1016/j.molcel.2017.04.012.
  28. Panier, S., Ichijima, Y., Fradet-Turcotte, A., Leung, C. C. Y., Kaustov, L., Arrowsmith, C. H., and Durocher, D. (2012) Tandem protein interaction modules organize the ubiquitin-dependent response to DNA double-strand breaks, Mol. Cell, 47, 383-395, doi: 10.1016/j.molcel.2012.05.045.
  29. Thorslund, T., Ripplinger, A., Hoffmann, S., Wild, T., Uckelmann, M., Villumsen, B., Narita, T., Sixma, T. K., Choudhary, C., Bekker-Jensen, S., and Mailand, N. (2015) Histone H1 couples initiation and amplification of ubiquitin signalling after DNA damage, Nature 527, 389-393, doi: 10.1038/nature15401.
  30. Mattiroli, F., Uckelmann, M., Sahtoe, D. D., van Dijk, W. J., and Sixma, T. K. (2014) The nucleosome acidic patch plays a critical role in RNF168-dependent ubiquitination of histone H2A, Nat. Commun., 5, 3291, doi: 10.1038/ncomms4291.
  31. Mallette, F. A., and Richard, S. (2012) K48-linked ubiquitination and protein degradation regulate 53BP1 recruitment at DNA damage sites, Cell Res., 22, 1221-1223, doi: 10.1038/cr.2012.58.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».