Two Nuclear Localization Signals in USP1 Mediate Nuclear Import of the USP1/UAF1 Complex

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Caractérisation de la fonction de la protéine cellulaire p80/UAF1 dans la réplication du génome du virus du papillome humain

Le virus du papillome humain (VPH) est l’agent étiologique du cancer du col utérin, ainsi que d’autre néoplasies anogénitales et des voies aérodigestives supérieures. La réplication de son génome d’ADN double brin est assurée par les protéines virales E1 et E2, de concert avec la machinerie cellulaire de réplication. E1 assure le déroulement de l’ADN en aval de la fourche de réplication, grâce à son activité hélicase, et orchestre la duplication du génome viral. Nos travaux antérieurs ont démontré que le domaine N-terminal de E1 contient un motif de liaison à la protéine cellulaire p80/UAF1 qui est hautement conservé chez tous les VPH anogénitaux. L’intégrité de ce motif est essentielle au maintien de l’épisome viral. Les travaux présentés dans cette thèse ont d’abord déterminé que le motif de liaison à UAF1 n’est pas requis pour l’assemblage du pré-réplisome viral, mais important pour la réplication subséquente de l’ADN du VPH. Nous avons constaté qu’en présence de E1 et E2, UAF1 est relocalisé dans des foyers nucléaires typiques de sites de réplication du virus et qu’en outre, UAF1 s’associe physiquement à l’origine de réplication du VPH. Nous avons aussi déterminé que l’inhibition du recrutement de UAF1 par la surexpression d’un peptide dérivé de E1 (N40) contenant le motif de liaison à UAF1 réduit la réplication de l’ADN viral. Cette observation soutient le modèle selon lequel UAF1 est relocalisé par E1 au réplisome pour promouvoir la réplication de l’ADN viral. UAF1 est une protéine à domaine WD40 n’encodant aucune activité enzymatique et présumée exploiter des interactions protéine-protéine pour accomplir sa fonction. Nous avons donc investigué les protéines associées à UAF1 dans des cellules du col utérin et avons détecté des interactions avec les enzymes de déubiquitination USP1, USP12 et USP46, ainsi qu’avec la phosphatase PHLPP1. Nous avons établi que E1 forme un complexe ternaire avec UAF1 et n’importe laquelle des USP associés : USP1, USP12 ou USP46. Ces USP sont relocalisés au noyau par E1 et s’associent à l’ADN viral. De plus, l’activité enzymatique des USP est essentielle à la réplication optimale du génome viral. Au contraire, PHLPP1 ne forme pas de complexe avec E1, puisque leurs interactions respectives avec UAF1 sont mutuellement exclusives. PHLPP1 contient un peptide de liaison à UAF1 homologue à celui de E1. Ce peptide dérivé de PHLPP1 (P1) interagit avec le complexe UAF1-USP et, similairement au peptide N40, antagonise l’interaction E1-UAF1. Incidemment, la surexpression du peptide P1 inhibe la réplication de l’ADN viral. La génération de protéines chimériques entre P1 et des variants de E1 (E1Δ) défectifs pour l’interaction avec UAF1 restaure la capacité de E1Δ à interagir avec UAF1 et USP46, ainsi qu’à relocaliser UAF1 dans les foyers nucléaires contenant E1 et E2. Ce recrutement artificiel de UAF1 et des USP promeut la réplication de l’ADN viral, un phénotype dépendant de l’activité déubiquitinase du complexe. Globalement, nos travaux suggèrent que la protéine E1 du VPH interagit avec UAF1 afin de recruter au réplisome un complexe de déubiquitination dont l’activité est importante pour la réplication de l’ADN viral.

Structure-function analysis of USP1: insights into the role of Ser313 phosphorylation site and the effect of cancer-associated mutations on autocleavage

Background: In complex with its cofactor UAF1, the USP1 deubiquitinase plays an important role in cellular processes related to cancer, including the response to DNA damage. The USP1/UAF1 complex is emerging as a novel target in cancer therapy, but several aspects of its function and regulation remain to be further clarified. These include the role of the serine 313 phosphorylation site, the relative contribution of different USP1 sequence motifs to UAF1 binding, and the potential effect of cancer-associated mutations on USP1 regulation by autocleavage. Methods: We have generated a large set of USP1 structural variants, including a catalytically inactive form (C90S), non-phosphorylatable (S313A) and phosphomimetic (S313D) mutants, deletion mutants lacking potential UAF1 binding sites, a mutant (GG/AA) unable to undergo autocleavage at the well-characterized G670/G671 diglycine motif, and four USP1 mutants identified in tumor samples that cluster around this cleavage site (G667A, L669P, K673T and A676T). Using cell-based assays, we have determined the ability of these mutants to bind UAF1, to reverse DNA damage-induced monoubiquitination of PCNA, and to undergo autocleavage. Results: A non-phosphorylatable S313A mutant of USP1 retained the ability to bind UAF1 and to reverse PCNA ubiquitination in cell-based assays. Regardless of the presence of a phosphomimetic S313D mutation, deletion of USP1 fragment 420-520 disrupted UAF1 binding, as determined using a nuclear relocation assay. The UAF1 binding site in a second UAF1-interacting DUB, USP46, was mapped to a region homologous to USP1(420-520). Regarding USP1 autocleavage, co-expression of the C90S and GG/AA mutants did not result in cleavage, while the cancer-associated mutation L669P was found to reduce cleavage efficiency. Conclusions: USP1 phosphorylation at S313 is not critical for PCNA deubiquitination, neither for binding to UAF1 in a cellular environment. In this context, USP1 amino acid motif 420-520 is necessary and sufficient for UAF1 binding. This motif, and a homologous amino acid segment that mediates USP46 binding to UAF1, map to the Fingers sub-domain of these DUBs. On the other hand, our results support the view that USP1 autocleavage may occur in cis, and can be altered by a cancer-associated mutation.