Ubc9 interacts with a nuclear localization signal and mediates nuclear localization of the paired-like homeobox protein Vsx-1 independent of SUMO-1 modification

Vsx-1 is a paired-like:CVC homeobox gene whose expression is linked to bipolar cell differentiation during zebrafish retinogenesis. We used a yeast two-hybrid screen to identify proteins interacting with Vsx-1 and isolated Ubc9, an enzyme that conjugates the small ubiquitin-like modifier SUMO-1. Despite its interaction with Ubc9, we show that Vsx-1 is not a substrate for SUMO-1 in COS-7 cells or in vitro. When a yeast two-hybrid assay is used, deletion analysis of the interacting domain on Vsx-1 shows that Ubc9 binds to a nuclear localization signal (NLS) at the NH2 terminus of the homeodomain. In SW13 cells, Vsx-1 localizes to the nucleus and is excluded from nucleoli. Deletion of the NLS disrupts this nuclear localization, resulting in a diffuse cytoplasmic distribution of Vsx-1. In SW13 AK1 cells that express low levels of endogenous Ubc9, Vsx-1 accumulates in a perinuclear ring and colocalizes with an endoplasmic reticulum marker. However, NLS-tagged STAT1 protein exhibits normal nuclear localization in both SW13 and SW13 AK1 cells, suggesting that nuclear import is not globally disrupted. Cotransfection of Vsx-1 with Ubc9 restores Vsx-1 nuclear localization in SW3 AK1 cells and demonstrates that Ubc9 is required for the nuclear localization of Vsx-1. Ubc9 continues to restore nuclear localization even after a C93S active site mutation has eliminated its SUMO-1-conjugating ability. These results suggest that Ubc9 mediates the nuclear localization of Vsx-1, and possibly other proteins, through a nonenzymatic mechanism that is independent of SUMO-1 conjugation.

Mammalian ubiquitin-conjugating enzyme Ubc9 interacts with Rad51 recombination protein and localizes in synaptonemal complexes.

Hsubc9, a human gene encoding a ubiquitin-conjugating enzyme, has been cloned. The 18-kDa HsUbc9 protein is homologous to the ubiquitin-conjugating enzymes Hus5 of Schizosaccharomyces pombe and Ubc9 of Saccharomyces cerevisiae. The Hsubc9 gene complements a ubc9 mutation of S. cerevisiae. It has been mapped to chromosome 16p13.3 and is expressed in many human tissues, with the highest levels in testis and thymus. According to the Ga14 two-hybrid system analysis, HsUbc9 protein interacts with human recombination protein Rad51. A mouse homolog, Mmubc9, encodes an amino acid sequence that is identical to the human protein. In mouse spermatocytes, MmUbc9 protein, like Rad51 protein, localizes in synaptonemal complexes, which suggests that Ubc9 protein plays a regulatory role in meiosis.

Identification de la sumoylation de ZNF74 et de l'interaction de cette protéine à multidoigt de zinc avec UBC9 et PIAS1

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Identification de la sumoylation de ZNF74 et de l'interaction de cette protéine à multidoigt de zinc avec UBC9 et PIAS1

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Neuroprotection resulting from insufficiency of RANBP2 is associated with the modulation of protein and lipid homeostasis of functionally diverse but linked pathways in response to oxidative stress.

Oxidative stress is a deleterious stressor associated with a plethora of disease and aging manifestations, including neurodegenerative disorders, yet very few factors and mechanisms promoting the neuroprotection of photoreceptor and other neurons against oxidative stress are known. Insufficiency of RAN-binding protein-2 (RANBP2), a large, mosaic protein with pleiotropic functions, suppresses apoptosis of photoreceptor neurons upon aging and light-elicited oxidative stress, and promotes age-dependent tumorigenesis by mechanisms that are not well understood. Here we show that, by downregulating selective partners of RANBP2, such as RAN GTPase, UBC9 and ErbB-2 (HER2; Neu), and blunting the upregulation of a set of orphan nuclear receptors and the light-dependent accumulation of ubiquitylated substrates, light-elicited oxidative stress and Ranbp2 haploinsufficiency have a selective effect on protein homeostasis in the retina. Among the nuclear orphan receptors affected by insufficiency of RANBP2, we identified an isoform of COUP-TFI (Nr2f1) as the only receptor stably co-associating in vivo with RANBP2 and distinct isoforms of UBC9. Strikingly, most changes in proteostasis caused by insufficiency of RANBP2 in the retina are not observed in the supporting tissue, the retinal pigment epithelium (RPE). Instead, insufficiency of RANBP2 in the RPE prominently suppresses the light-dependent accumulation of lipophilic deposits, and it has divergent effects on the accumulation of free cholesterol and free fatty acids despite the genotype-independent increase of light-elicited oxidative stress in this tissue. Thus, the data indicate that insufficiency of RANBP2 results in the cell-type-dependent downregulation of protein and lipid homeostasis, acting on functionally interconnected pathways in response to oxidative stress. These results provide a rationale for the neuroprotection from light damage of photosensory neurons by RANBP2 insufficiency and for the identification of novel therapeutic targets and approaches promoting neuroprotection.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Etudes structurales et fonctionnelles des interactions de SUMO avec des proteines d'echafaudage modeles: TIF1beta, PIAS1 et PML

L’adaptation des cellules à leur environnement externe repose sur la transduction adéquate de signaux régulés par une pléthore d'événements moléculaires. Parmi ces événements moléculaires, les modifications post-traductionnelles (MPT) de protéines aident à intégrer, à traduire et à organiser de façon spatiotemporelle ces signaux pour que les cellules puissent réagir aux stimuli externes. Parmi les modifications post-traductionnelles, les petites protéines de la famille de l’Ubiquitine (Ublps, Ubiquitin-like proteins) jouent un rôle majeur dans presque toutes les voies de signalisation. Cette thèse rapporte des études fonctionnelles et structurales des interactions covalentes et non covalentes entre SUMO (Small Ubiquitin related MOdifier), un membre de la famille des Ublps, et trois protéines d'échafaudage, TIF1beta, le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc, PIAS1, une ligase E3 pour SUMO et PML, un suppresseur de tumeur. La première étude rapporte l'identification et la caractérisation biochimique des sites de SUMOylation de TIF1beta. Nous avons déterminé que la modification covalente de six résidus lysine par SUMO est essentielle à l’activité de répression de la transcription induit par TIF1beta. En outre, nous présentons des évidences indiquant que la SUMOylation de TIF1 exige non seulement sa capacité à homo-oligomériser, mais est aussi positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB des protéines à doigts de zinc. Partant de ce constat, nous postulons que les protéines KRAB-multidoigt de zinc recrutent leur corépresseur TIF1betaà des gènes cibles, mais aussi accentuent son activité répressive grâce à l'augmentation de sa SUMOylation. Notre seconde étude révèle qu’en plus de réprimer la transcription en tant que MPT covalente, SUMO joue aussi un rôle important dans la répression en tant que partenaire non covalent d’interactions protéine-protéine. Nous avons montré que SUMO interagit simultanément avec deux enzymes de la machinerie de SUMOylation, l’unique enzyme de conjugaison E2, UBC9, et la ligase E3 PIAS1 au sein d’un complexe ternaire répresseur. En outre, nous révélons que la formation du complexe ternaire PIAS1:SUMO:UBC9 est modulée par le niveau de phosphorylation de résidus sérine juxtaposés à un motif d’interaction avec SUMO (SIM) dans PIAS1. Ainsi, SUMO agit comme un adaptateur spécifique qui stabilise les interactions UBC9 E2: E3 PIAS1. Partant de ce constat, nous proposons que les enzymes E2 et E3 des autres systèmes Ublps exploitent des mécanismes similaires dans le cadre de leur fonction Enfin, notre troisième étude explore la régulation des interactions non covalentes de SUMO par la phosphorylation. En utilisant une combinaison d'études in vivo et in vitro, nous démontrons que l'interaction entre SUMO1 et PML est régi par la phosphorylation dépendant de CK2 sur quatre résidus sérine de PML. Les structures cristallographiques des complexes PML-SIM:SUMO1 révèlent que les phospho-sérines de PML contactent des résidus de la région basique de SUMO1. Sachant que la kinase CK2 peut être induite par des kinases activables par le stress, ces résultats suggèrent que les interactions non-covalentes avec SUMO sont modulées par le stress cellulaire. Sur la base de cette constatation, nous postulons que des événements analogues affectent des protéines contenant des séquences SIM ciblées par CK2. En résumé, cette étude révèle qu’en plus de son rôle de MPT, SUMO peut fonctionner comme un adaptateur permettant des interactions spécifiques entre protéines tel que pour les enzymes E3 et E2.

Caracterização funcional da proteína MxA: estudo do seu envolvimento com a mauinaria de SUMOilação

Pós-graduação em Biotecnologia - IQ

MxA interacts with and is modified by the SUMOylation machinery

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Posttranslational modification of TEL and TEL/AML1 by SUMO-1 and cell-cycle-dependent assembly into nuclear bodies

The E-26 transforming specific (ETS)-related gene, TEL, also known as ETV6, encodes a strong transcription repressor that is rearranged in several recurring chromosomal rearrangements associated with leukemia and congenital fibrosarcoma. TEL is a nuclear phosphoprotein that is widely expressed in all normal tissues. TEL contains a DNA-binding domain at the C terminus and a helix–loop–helix domain (also called a pointed domain) at the N terminus. The pointed domain is necessary for homotypic dimerization and for interaction with the ubiquitin-conjugating enzyme UBC9. Here we show that the interaction with UBC9 leads to modification of TEL by conjugating it to SUMO-1. The SUMO-1-modified TEL localizes to cell-cycle-specific nuclear speckles that we named TEL bodies. We also show that the leukemia-associated fusion protein TEL/AML1 is modified by SUMO-1 and found in the TEL bodies, in a pattern quite different from what we observe and report for AML1. Therefore, SUMO-1 modification of TEL could be a critical signal necessary for normal functioning of the protein. In addition, the modification by SUMO-1 of TEL/AML1 could lead to abnormal localization of the fusion protein, which could have consequences that include contribution to neoplastic transformation.

E2-C, a cyclin-selective ubiquitin carrier protein required for the destruction of mitotic cyclins.

Ubiquitin-dependent proteolysis of the mitotic cyclins A and B is required for the completion of mitosis and entry into the next cell cycle. This process is catalyzed by the cyclosome, an approximately 22S particle that contains a cyclin-selective ubiquitin ligase activity, E3-C, that requires a cyclin-selective ubiquitin carrier protein (UBC) E2-C. Here we report the purification and cloning of E2-C from clam oocytes. The deduced amino acid sequence of E2-C indicates that it is a new UBC family member. Bacterially expressed recombinant E2-C is active in in vitro cyclin ubiquitination assays, where it exhibits the same substrate specificities seen with native E2-C. These results demonstrate that E2-C is not a homolog of UBC4 or UBC9, proteins previously suggested to be involved in cyclin ubiquitination, but is a new UBC family member with unique properties.