The infected cell protein 0 of herpes simplex virus 1 dynamically interacts with proteasomes, binds and activates the cdc34 E2 ubiquitin-conjugating enzyme, and possesses in vitro E3 ubiquitin ligase activity

The infected cell protein 0 (ICP0) of herpes simplex virus 1, a promiscuous transactivator shown to enhance the expression of genes introduced into cells by infection or transfection, interacts with numerous cellular proteins and has been linked to the disruption of ND10 and degradation of several proteins. ICP0 contains a RING finger domain characteristic of a class of E3 ubiquitin ligases. We report that: (i) in infected cells, ICP0 interacts dynamically with proteasomes and is bound to proteasomes in the presence of the proteasome inhibitor MG132. Also in infected cells, cdc34, a polyubiquitinated E2 ubiquitin-conjugating enzyme, exhibits increased ICP0-dependent dynamic interaction with proteasomes. (ii) In an in vitro substrate-independent ubiquitination system, the RING finger domain encoded by exon 2 of ICP0 binds cdc34, whereas the carboxyl-terminal domain of ICP0 functions as an E3 ligase independent of the RING finger domain. The results indicate that ICP0 can act as a unimolecular E3 ubiquitin ligase and that it promotes ubiquitin-protein ligation and binds the E2 cdc34. It differs from other unimolecular E3 ligases in that the domain containing the RING finger binds E2, whereas the ligase activity maps to a different domain of the protein. The results also suggest that ICP0 shuttles between nucleus and cytoplasm as a function of its dynamic interactions with proteasomes.

Reversible phosphorylation controls the activity of cyclosome-associated cyclin-ubiquitin ligase.

Cyclin B/cdc2 is responsible both for driving cells into mitosis and for activating the ubiquitin-dependent degradation of mitotic cyclins near the end of mitosis, an event required for the completion of mitosis and entry into interphase of the next cell cycle. Previous work with cell-free extracts of rapidly dividing clam embryos has identified two specific components required for the ubiquitination of mitotic cyclins: E2-C, a cyclin-selective ubiquitin carrier protein that is constitutively active during the cell cycle, and E3-C, a cyclin-selective ubiquitin ligase that purifies as part of a approximately 1500-kDa complex, termed the cyclosome, and which is active only near the end of mitosis. Here, we have separated the cyclosome from its ultimate upstream activator, cdc2. The mitotic, active form of the cyclosome can be inactivated by incubation with a partially purified, endogenous okadaic acid-sensitive phosphatase; addition of cdc2 restores activity to the cyclosome after a lag that reproduces that seen previously in intact cells and in crude extracts. These results demonstrate that activity of cyclin-ubiquitin ligase is controlled by reversible phosphorylation of the cyclosome complex.

The Cochaperone BAG2 Sweeps Paired Helical Filament-Insoluble Tau from the Microtubule

Tau inclusions are a prominent feature of many neurodegenerative diseases including Alzheimer`s disease. Their accumulation in neurons as ubiquitinated filaments suggests a failure in the degradation limb of the Tau pathway. The components of a Tau protein triage system consisting of CHIP/Hsp70 and other chaperones have begun to emerge. However, the site of triage and the master regulatory elements are unknown. Here, we report an elegant mechanism of Tau degradation involving the cochaperone BAG2. The BAG2/Hsp70 complex is tethered to the microtubule and this complex can capture and deliver Tau to the proteasome for ubiquitin-independent degradation. This complex preferentially degrades Sarkosyl insoluble Tau and phosphorylated Tau. BAG2 levels in cells are under the physiological control of the microRNA miR-128a, which can tune paired helical filament Tau levels in neurons. Thus, we propose that ubiquitinated Tau inclusions arise due to shunting of Tau degradation toward a less efficient ubiquitin-dependent pathway.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.

Testosterone represses ubiquitin ligases atrogin-1 and Murf-1 expression in an androgen-sensitive rat skeletal muscle in vivo

Pires-Oliveira M, Maragno AL, Parreiras-E-Silva LT, Chiavegatti T, Gomes MD, Godinho RO. Testosterone represses ubiquitin ligases atrogin-1 and Murf-1 expression in an androgen-sensitive rat skeletal muscle in vivo. J Appl Physiol 108: 266-273, 2010. First published November 19, 2009; doi:10.1152/japplphysiol.00490.2009.-Skeletal muscle atrophy induced by denervation and metabolic diseases has been associated with increased ubiquitin ligase expression. In the present study, we evaluate the influence of androgens on muscle ubiquitin ligases atrogin-1/MAFbx/FBXO32 and Murf-1/Trim63 expression and its correlation with maintenance of muscle mass by using the testosterone-dependent fast-twitch levator ani muscle (LA) from normal or castrated adult male Wistar rats. Gene expression was determined by qRT-PCR and/or immunoblotting. Castration induced progressive loss of LA mass (30% of control, 90 days) and an exponential decrease of LA cytoplasm-to-nucleus ratio (nuclear domain; 22% of control after 60 days). Testosterone deprivation induced a 31-fold increase in LA atrogin-1 mRNA and an 18-fold increase in Murf-1 mRNA detected after 2 and 7 days of castration, respectively. Acute (24 h) testosterone administration fully repressed atrogin-1 and Murf-1 mRNA expression to control levels. Atrogin-1 protein was also increased by castration up to 170% after 30 days. Testosterone administration for 7 days restored atrogin-1 protein to control levels. In addition to the well known stimulus of protein synthesis, our results show that testosterone maintains muscle mass by repressing ubiquitin ligases, indicating that inhibition of ubiquitin-proteasome catabolic system is critical for trophic action of androgens in skeletal muscle. Besides, since neither castration nor androgen treatment had any effect on weight or ubiquitin ligases mRNA levels of extensor digitorum longus muscle, a fast-twitch muscle with low androgen sensitivity, our study shows that perineal muscle LA is a suitable in vivo model to evaluate regulation of muscle proteolysis, closely resembling human muscle responsiveness to androgens.

Ubiquitin- and ubiquitin-like proteins-conjugating enzymes (E2s) in breast cancer.

Breast cancer is the most common malignancy in women and a significant cause of morbidity and mortality. Sub-types of breast cancer defined by the expression of steroid hormones and Her2/Neu oncogene have distinct prognosis and undergo different therapies. Besides differing in their phenotype, sub-types of breast cancer display various molecular lesions that participate in their pathogenesis. BRCA1 is one of the common hereditary cancer predisposition genes and encodes for an ubiquitin ligase. Ubiquitin ligases or E3 enzymes participate together with ubiquitin activating enzyme and ubiquitin conjugating enzymes in the attachment of ubiquitin (ubiquitination) in target proteins. Ubiquitination is a post-translational modification regulating multiple cell functions. It also plays important roles in carcinogenesis in general and in breast carcinogenesis in particular. Ubiquitin conjugating enzymes are a central component of the ubiquitination machinery and are often perturbed in breast cancer. This paper will discuss ubiquitin and ubiquitin-like proteins conjugating enzymes participating in breast cancer pathogenesis, their relationships with other proteins of the ubiquitination machinery and their role in phenotype of breast cancer sub-types.

Ubiquitin Ligases of the N-End Rule Pathway: Assessment of Mutations in UBR1 That Cause the Johanson-Blizzard Syndrome.

Background: Johanson-Blizzard syndrome (JBS; OMIM 243800) is an autosomal recessive disorder that includes congenital exocrine pancreatic insufficiency, facial dysmorphism with the characteristic nasal wing hypoplasia, multiple malformations, and frequent mental retardation. Our previous work has shown that JBS is caused by mutations in human UBR1, which encodes one of the E3 ubiquitin ligases of the N-end rule pathway. The N-end rule relates the regulation of the in vivo half-life of a protein to the identity of its N-terminal residue. One class of degradation signals (degrons) recognized by UBR1 are destabilizing N-terminal residues of protein substrates.Methodology/Principal Findings: Most JBS-causing alterations of UBR1 are nonsense, frameshift or splice-site mutations that abolish UBR1 activity. We report here missense mutations of human UBR1 in patients with milder variants of JBS. These single-residue changes, including a previously reported missense mutation, involve positions in the RING-H2 and UBR domains of UBR1 that are conserved among eukaryotes. Taking advantage of this conservation, we constructed alleles of the yeast Saccharomyces cerevisiae UBR1 that were counterparts of missense JBS-UBR1 alleles. Among these yeast Ubr1 mutants, one of them (H160R) was inactive in yeast-based activity assays, the other one (Q1224E) had a detectable but weak activity, and the third one (V146L) exhibited a decreased but significant activity, in agreement with manifestations of JBS in the corresponding JBS patients.Conclusions/Significance: These results, made possible by modeling defects of a human ubiquitin ligase in its yeast counterpart, verified and confirmed the relevance of specific missense UBR1 alleles to JBS, and suggested that a residual activity of a missense allele is causally associated with milder variants of JBS.

Comparaison de l’ubiquitylation de différentes protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose suite à leur interaction avec la ligase de l’ubiquitine Itch

Itch est la seule ligase de l'ubiquitine de type C2-WW-HECT capable d'interagir avec les protéines à domaine SH3. Ce domaine est particulièrement représenté parmi les protéines régulatrices de l'endocytose. Les travaux présentés ici visaient à examiner la capacité d'Itch à interagir avec plusieurs protéines endocytiques. Nous avons utilisé la technique du BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer) pour examiner quelques protéines candidates. Nous avons ensuite confirmé les résultats obtenus par BRET avec des tests d'interaction in vitro, puis déterminé la capacité d'Itch à ubiquityler les protéines liées via leurs domaines SH3. Nous avons ainsi découvert deux nouveaux partenaires d'interaction et substrats d'Itch parmi les protéines endocytiques, amphyphisine et pacsine. De plus, Itch interagit avec les domaines SH3 isolés d'intersectine, mais pas avec la protéine complète, suggérant que cette dernière n'est pas un substrat d'Itch. Itch est donc bien positionnée pour exercer un rôle régulateur de l'endocytose en ubiquitylant ses substrats.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Analyse de la localisation génomique et identification de nouvelles fonctions des sous-unités Rpb4/Rpb7 de l’ARN polymérase II et des facteurs TFIIF, TFIIS et UBR5

Grâce à un grand nombre d’études biochimiques, génétiques et structurales effectuées dans les dernières années, des avancements considérables ont été réalisés et une nouvelle vision du processus par lequel la machinerie transcriptionnelle de l’ARN polymérase II (Pol II) décode l’information génétique a émergé. De nouveaux indices ont été apportés sur la diversité des mécanismes de régulation de la transcription, ainsi que sur le rôle des facteurs généraux de transcription (GTFs) dans cette diversification. Les travaux présentés dans cette thèse amènent de nouvelles connaissances sur le rôle des GTFs humains dans la régulation des différentes étapes de la transcription. Dans la première partie de la thèse, nous avons analysé la fonction de la Pol II et des GTFs humains, en examinant de façon systématique leur localisation génomique. Les patrons obtenus par immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) des versions de GTFs portant une étiquette TAP (Tandem-Affinity Purification) indiquent de nouvelles fonctions in vivo pour certains composants de cette machinerie et pour des éléments structuraux de la Pol II. Nos résultats suggèrent que TFIIF et l’hétérodimère Rpb4–Rpb7 ont une fonction spécifique pendant l’étape d’élongation transcriptionnelle in vivo. De plus, notre étude amène une première image globale de la fonction des GTFs pendant la réaction transcriptionnelle dans des cellules mammifères vivantes. Deuxièmement, nous avons identifié une nouvelle fonction de TFIIS dans la régulation de CDK9, la sous-unité kinase du facteur P-TEFb (Positive Transcription Elongation Factor b). Nous avons identifié deux nouveaux partenaires d’interaction pour TFIIS, soit CDK9 et la E3 ubiquitine ligase UBR5. Nous montrons que UBR5 catalyse l’ubiquitination de CDK9 in vitro. De plus, la polyubiquitination de CDK9 dans des cellules humaines est dépendante de UBR5 et TFIIS. Nous montrons aussi que UBR5, CDK9 and TFIIS co-localisent le long du gène  fibrinogen (FBG) et que la surexpression de TFIIS augmente les niveaux d’occupation par CDK9 de régions spécifiques de ce gène, de façon dépendante de UBR5. Nous proposons que TFIIS a une nouvelle fonction dans la transition entre les étapes d’initiation et d’élongation transcriptionnelle, en régulant la stabilité des complexes CDK9-Pol II pendant les étapes précoces de la transcription.

Importance de la phosphorylation de la ligase Itch dans la reconnaissance et l'ubiquitylation des protéines à domaine SH3

Itch est une ligase de l’ubiquitine impliquée dans la reconnaissance et la dégradation des protéines par le protéasome. Itch contient trois sites phosphorylés par JNK et il a été démontré que la phosphorylation de ces résidus est nécessaire pour que Itch puisse reconnaître et ubiquityler les protéines c-Jun et JunB. Ces sites de phosphorylation se retrouvent dans le domaine PRD responsable des interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3. Si la phosphorylation de Itch par JNK est importante pour réguler son activité avec c-Jun et JunB, on connaît peu de choses sur les interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3 ainsi que l’implication de la phosphorylation dans leur régulation. Nous avons donc créé des mutants de Itch par mutagenèse dirigée où les sites de phosphorylation étaient remplacés par des alanines (mutant non phosphorylable) et où l’un des trois sites était remplacé par un acide aspartique (mutant constitutivement phosphorylé). Ces mutants sont utilisés dans des tests d’interaction et d’ubiquitylation, dans le but de déterminer l’impact de la phosphorylation de Itch dans la reconnaissance et l’ubiquitylation des protéines SH3. Nos résultats montrent que, contrairement au modèle proposé, la phosphorylation de Itch n’est pas essentielle à l’interaction de Itch avec l’endophiline, mais la phosphorylation de Itch module l’ubiquitylation ainsi que la dégradation de l’endophiline. La régulation de l’interaction de Itch avec ses substrats est donc différente selon le substrat.

Structure-fonction de MARCH1, une E3 ubiquitine ligase régulant la présentation antigénique par le CMH II

Les molécules classiques du CMH de classe II sont responsables de la présentation de peptides exogènes par les cellules présentatrices d’antigène aux lymphocytes T CD4+. Cette présentation antigénique est essentielle à l’établissement d’une réponse immunitaire adaptative. Cependant, la reconnaissance d’auto-antigènes ainsi que l’élimination des cellules du Soi sont des problèmes à l’origine de nombreuses maladies auto-immunes. Notamment, le diabète et la sclérose en plaque. D’éventuels traitements de ces maladies pourraient impliquer la manipulation de la présentation antigénique chez les cellules dont la reconnaissance et l’élimination engendrent ces maladies. Il est donc primordial d’approfondir nos connaissances en ce qui concerne les mécanismes de régulation de la présentation antigénique. La présentation antigénique est régulée tant au niveau transcriptionnel que post-traductionnel. Au niveau post-traductionnel, diverses cytokines affectent le processus. Parmi celles-ci, l’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, cause une rétention intracellulaire des molécules du CMH II. Son mécanisme d’action consiste en l’ubiquitination de la queue cytoplasmique de la chaîne bêta des molécules de CMH II. Cette modification protéique est effectuée par MARCH1, une E3 ubiquitine ligase dont l’expression est restreinte aux organes lymphoïdes secondaires. Jusqu’à tout récemment, il y avait très peu de connaissance concernant la structure et les cibles de MARCH1. Considérant son impact majeur sur la présentation antigénique, nous nous sommes intéressé à la structure-fonction de cette molécule afin de mieux caractériser sa régulation ainsi que les diverses conditions nécessaires à son fonctionnement. Dans un premier article, nous avons étudié la régulation de l’expression de MARCH1 au niveau protéique. Nos résultats ont révélé l’autorégulation de la molécule par formation de dimères et son autoubiquitination. Nous avons également démontré l’importance des domaines transmembranaires de MARCH1 dans la formation de dimères et l’interaction avec le CMH II. Dans un second article, nous avons investigué l’importance de la localisation de MARCH1 pour sa fonction. Les résultats obtenus montrent la fonctionnalité des motifs de localisation de la portion C-terminale de MARCH1 ainsi que la présence d’autres éléments de localisation dans la portion N-terminale de la protéine. Les nombreux mutants utilisés pour ce projet nous ont permis d’identifier un motif ‘‘VQNC’’, situé dans la portion cytoplasmique C-terminale de MARCH1, dont la valine est requise au fonctionnement optimal de la molécule. En effet, la mutation de la valine engendre une diminution de la fonction de la molécule et des expériences de BRET ont démontré une modification de l’orientation spatiale des queues cytoplasmiques. De plus, une recherche d’homologie de séquence a révélé la présence de ce même motif dans d’autres ubiquitines ligases, dont Parkin. Parkin est fortement exprimée dans le cerveau et agirait, entre autre, sur la dégradation des agrégats protéiques. La dysfonction de Parkin cause l’accumulation de ces agrégats, nommés corps de Lewy, qui entraînent des déficiences au niveau du fonctionnement neural observé chez les patients atteints de la maladie de Parkinson. La valine comprise dans le motif ‘’VQNC’’ a d’ailleurs été identifiée comme étant mutée au sein d’une famille où cette maladie est génétiquement transmise. Nous croyons que l’importance de ce motif ne se restreint pas à MARCH1, mais serait généralisée à d’autres E3 ligases. Ce projet de recherche a permis de caractériser des mécanismes de régulation de MARCH1 ainsi que de découvrir divers éléments structuraux requis à sa fonction. Nos travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes de contrôle de la présentation antigénique par les molécules de CMH II.

La modulation du métabolisme cellulaire par l'E3 Ubiquitine Ligase MARCH-1

La relocalisation et la dégradation médiée par ubiquitination sont utilisées par la cellule pour contrôler la localisation et l’expression de ses protéines. L’E3 ubiquitine ligase MARCH1 est impliqué dans la régulation post-traductionnelle de CMH-II et de CD86. Dans ce mémoire, on propose un rôle additionnel à MARCH1. Nos résultats expérimentaux nous portent à croire que MARCH1 pourrait moduler le métabolisme cellulaire en favorisant la relocalisation et la dégradation d’enzymes impliquées dans la glycolyse. La grande majorité des cellules utilise la phosphorylation oxydative pour générer de l’ATP en présence d’oxygène. Dans un environnement hypoxique, cette dernière est non fonctionnelle et la cellule doit utiliser la glycolyse anaérobique pour produire son ATP. Une cellule cancéreuse à des besoins énergétiques supérieurs en raison de l’augmentation de sa biomasse et de sa prolifération incontrôlée. Pour subvenir à ces besoins, elle maximise sa production d’énergie en modifiant son métabolisme; c’est l’effet Warburg. On retrouve dans les cellules immunitaires des modifications similaires au métabolisme cellulaire suite à un signal d’activation. Ici, nous montrons que la respiration mitochondriale maximale, la réserve respiratoire et la glycolyse maximale sont diminuées dans les cellules présentatrice d’antigènes qui expriment MARCH1. Nous avons montré que MARCH1 était localisable au niveau de la mitochondrie, ce qui lui permet d’interagir avec les enzymes de la glycolyse. Finalement, nous avons quantifié l’expression de Eno1 et de LDHB par Western Blot, pour montrer une augmentation de l’expression de ces enzymes en absence de MARCH1. À la lumière de ces résultats, nous discutons des avantages que procure la diminution de l’expression de MARCH1 dans un contexte inflammatoire, suite à l’activation des cellules présentatrices d’antigènes. Ce phénomène permettrait une présentation antigénique plus efficace, une augmentation de la production d’énergie et une meilleure résistance aux ROS produits lors de la réponse inflammatoire.

Effects of doxorubicin cancer therapy on autophagy and the ubiquitin-proteasome system in long-term cultured adult rat cardiomyocytes

The clinical use of anthracyclines in cancer therapy is limited by dose-dependent cardiotoxicity that involves cardiomyocyte injury and death. We have tested the hypothesis that anthracyclines affect protein degradation pathways in adult cardiomyocytes. To this aim, we assessed the effects of doxorubicin (Doxo) on apoptosis, autophagy and the proteasome/ubiquitin system in long-term cultured adult rat cardiomyocytes. Accumulation of poly-ubiquitinated proteins, increase of cathepsin-D-positive lysosomes and myofibrillar degradation were observed in Doxo-treated cardiomyocytes. Chymotrypsin-like activity of the proteasome was initially increased and then inhibited by Doxo over a time-course of 48 h. Proteasome 20S proteins were down-regulated by higher doses of Doxo. The expression of MURF-1, an ubiquitin-ligase specifically targeting myofibrillar proteins, was suppressed by Doxo at all concentrations measured. Microtubule-associated protein 1 light chain 3B (LC3)-positive punctae and both LC3-I and -II proteins were induced by Doxo in a dose-dependent manner, as confirmed by using lentiviral expression of green fluorescence protein bound to LC3 and live imaging. The lysosomotropic drug chloroquine led to autophagosome accumulation, which increased with concomitant Doxo treatment indicating enhanced autophagic flux. We conclude that Doxo causes a downregulation of the protein degradation machinery of cardiomyocytes with a resulting accumulation of poly-ubiquitinated proteins and autophagosomes. Although autophagy is initially stimulated as a compensatory response to cytotoxic stress, it is followed by apoptosis and necrosis at higher doses and longer exposure times. This mechanism might contribute to the late cardiotoxicity of anthracyclines by accelerated aging of the postmitotic adult cardiomyocytes and to the susceptibility of the aging heart to anthracycline cancer therapy.