Monoubiquitination and Activity of the Paracaspase MALT1 Requires Glutamate 549 in the Dimerization Interface.

The mucosa-associated lymphoid tissue protein-1 (MALT1, also known as paracaspase) is a protease whose activity is essential for the activation of lymphocytes and the growth of cells derived from human diffuse large B-cell lymphomas of the activated B-cell subtype (ABC DLBCL). Crystallographic approaches have shown that MALT1 can form dimers via its protease domain, but why dimerization is relevant for the biological activity of MALT1 remains largely unknown. Using a molecular modeling approach, we predicted Glu 549 (E549) to be localized within the MALT1 dimer interface and thus potentially relevant. Experimental mutation of this residue into alanine (E549A) led to a complete impairment of MALT1 proteolytic activity. This correlated with an impaired capacity of the mutant to form dimers of the protease domain in vitro, and a reduced capacity to promote NF-κB activation and transcription of the growth-promoting cytokine interleukin-2 in antigen receptor-stimulated lymphocytes. Moreover, this mutant could not rescue the growth of ABC DLBCL cell lines upon MALT1 silencing. Interestingly, the MALT1 mutant E549A was unable to undergo monoubiquitination, which we identified previously as a critical step in MALT1 activation. Collectively, these findings suggest a model in which E549 at the dimerization interface is required for the formation of the enzymatically active, monoubiquitinated form of MALT1.

The protease activity of the paracaspase MALT1 is controlled by monoubiquitination.

The protease activity of the paracaspase MALT1 is central to lymphocyte activation and lymphomagenesis, but how this activity is controlled remains unknown. Here we identify a monoubiquitination of MALT1 on Lys644 that activated the protease function of MALT1. Monoubiquitinated MALT1 had enhanced protease activity, whereas a ubiquitination-deficient MALT1 mutant with replacement of that lysine with arginine (MALT1(K644R)) had less protease activity, which correlated with impaired induction of interleukin 2 (IL-2) via the T cell antigen receptor in activated T cells. Expression of MALT1(K644R) diminished the survival of cells derived from diffuse large B cell lymphoma of the activated B cell-like subtype (ABC DLBCL), which require constitutive protease activity of MALT1 for survival. Thus, monoubiquitination of MALT1 is essential for its catalytic activation and is therefore a potential target for the treatment of ABC-DLBCL and for immunomodulation.

PIDD orchestrates translesion DNA synthesis in response to UV irradiation.

PIDD has been implicated in survival and apoptotic pathways in response to DNA damage, and a role for PIDD was recently identified in non-homologous end-joining (NHEJ) repair induced by γ-irradiation. Here, we present an interaction of PIDD with PCNA, first identified in a proteomics screen. PCNA has essential functions in DNA replication and repair following UV irradiation. Translesion synthesis (TLS) is a process that prevents UV irradiation-induced replication blockage and is characterized by PCNA monoubiquitination and interaction with the TLS polymerase eta (polη). Both of these processes are inhibited by p21. We report that PIDD modulates p21-PCNA dissociation, and promotes PCNA monoubiquitination and interaction with polη in response to UV irradiation. Furthermore, PIDD deficiency leads to a defect in TLS that is associated, both in vitro and in vivo, with cellular sensitization to UV-induced apoptosis. Thus, PIDD performs key functions upon UV irradiation, including TLS, NHEJ, NF-κB activation and cell death.

Targeting B-cell lymphomas with inhibitors of the MALT1 paracaspase.

The paracaspase MALT1 is an Arg-specific protease that cleaves multiple substrates to promote lymphocyte proliferation and survival. The catalytic activity of MALT1 is normally tightly regulated by antigen receptor triggering, which promotes MALT1 activation by its inducible monoubiquitination-dependent dimerization. Constitutive MALT1 activity is a hallmark of specific subsets of B-cell lymphomas, which are characterized by chromosomal translocations or point mutations that activate MALT1 or its upstream regulators. Recent findings suggest that such lymphomas may be sensitive to treatment with MALT1 inhibitors. Here we review recent progress in the understanding of MALT1 function and regulation, and the development of small molecule MALT1 inhibitors for therapeutic applications.

Mutations at a single codon in Mad homology 2 domain of SMAD4 cause Myhre syndrome.

Myhre syndrome (MIM 139210) is a developmental disorder characterized by short stature, short hands and feet, facial dysmorphism, muscular hypertrophy, deafness and cognitive delay. Using exome sequencing of individuals with Myhre syndrome, we identified SMAD4 as a candidate gene that contributes to this syndrome on the basis of its pivotal role in the bone morphogenetic pathway (BMP) and transforming growth factor (TGF)-β signaling. We identified three distinct heterozygous missense SMAD4 mutations affecting the codon for Ile500 in 11 individuals with Myhre syndrome. All three mutations are located in the region of SMAD4 encoding the Mad homology 2 (MH2) domain near the site of monoubiquitination at Lys519, and we found a defect in SMAD4 ubiquitination in fibroblasts from affected individuals. We also observed decreased expression of downstream TGF-β target genes, supporting the idea of impaired TGF-β-mediated transcriptional control in individuals with Myhre syndrome.

A histone-fold complex and FANCM form a conserved DNA-remodeling complex to maintain genome stability.

FANCM remodels branched DNA structures and plays essential roles in the cellular response to DNA replication stress. Here, we show that FANCM forms a conserved DNA-remodeling complex with a histone-fold heterodimer, MHF. We find that MHF stimulates DNA binding and replication fork remodeling by FANCM. In the cell, FANCM and MHF are rapidly recruited to forks stalled by DNA interstrand crosslinks, and both are required for cellular resistance to such lesions. In vertebrates, FANCM-MHF associates with the Fanconi anemia (FA) core complex, promotes FANCD2 monoubiquitination in response to DNA damage, and suppresses sister-chromatid exchanges. Yeast orthologs of these proteins function together to resist MMS-induced DNA damage and promote gene conversion at blocked replication forks. Thus, FANCM-MHF is an essential DNA-remodeling complex that protects replication forks from yeast to human.

Activation mechanisms of the protease MALT1 and cleavage of one of its targets - the ribonuclease Regnase-1- in lymphocytes and lymphoma cell lines

Persistent infection induces an adaptive immune response that is mediated by T and B lymphocytes. Upon triggering with an antigen, these cells become activated and turn into fast expanding cells able to efficiently defend the host. Lymphocyte activation is controlled by a complex composed of CARMA1, BCL10 and MALT1 which regulates the NF-KB signaling pathway upon antigen triggering. Abnormally high expression or activity of either one of these three proteins can favor the development of lymphomas, while genetic defects in the pathway are associated with immunodeficiency. MALT1 was identified as a paracaspase sharing homology with other cysteine proteases, namely caspases and metacaspases. In order to be active, caspases need to dimerize. Based on their sequence similarity with MALT1, we hypothesized that dimerization might also be a mechanism of activation employed by MALT1. To address this assumption, we performed a bioinformatics modelling based on the crystal structures of several caspases. Our model suggested that the MALT1 caspase-like domain can indeed form dimers. This finding was later confirmed by several published crystal structures of MALT1. In the dimer interface of our model, we noticed the presence of charged amino acids that could potentially form salt bridges and thereby hold both monomers together. Mutation of one of these residues, E549, into alanine completely blocked the catalytic activity of MALT1. Additionally, we provided evidence for a role of E549 in promoting the MALTl-dependent growth of cells derived from diffuse large B cell lymphoma (DLBCL) of the aggressive B cell-like type (ABC). To our initial surprise, the E549A mutation showed only a partial defect in dimerization, indicating that additional residues are essential to form a stable dimer. The MALT1 crystal structures revealed a key function for E549 in stabilizing the catalytic site of the protease via its interaction with an arginine which is located next to the catalytic active cysteine. In an additional study, we discovered that MALT1 monoubiquitination is required for the catalytic activity of the protease. Interestingly, we found that the MALT1 dimer interface mutant E549A could not be monoubiquitinated. Based on these findings, we suggest that correct formation of the dimer interface is a prerequisite for monoubiquitination. In a second project, we discovered a novel target of the protease MALT1, the ribonuclease Regnase¬la It was described that the RNase activity of Regnase-1 negatively regulates immune responses. We could show that in ABC DLBCL cell lines, Regnase-1 is not only cleaved by MALT1 but also phosphorylated, at least in part, by the inhibitor of KB kinase (IKK). Both regulations appear to restrain the RNase function of Regnase-1 and thereby allow the production of pro-survival proteins. In conclusion, our studies further highlight and explain the importance of the catalytic activity of MALT1 for the activation of lymphocytes and provide additional knowledge for the development of specific drugs targeting the catalytic activity of MALT1 for immunomodulation and treatment of lymphomas.  SUMMARY IN FRENCH PhD Thesis Katrin Cabalzar 2 SUMMARY IN FRENCH Une infection persistante induit une réponse immunitaire adaptative par l'intermédiaire des lymphocytes T et B. Quand elles reconnaissent l'antigène, ces cellules sont activées et se multiplient très rapidement pour défendre efficacement l'hôte. L'activation des lymphocytes est transmise par un complexe composé de trois protéines, CARMA1, BCL10 et MALT1, qui régule la voie de signalisation NF-KB lorsque l'antigène est reconnu. L'expression ou l'activité anormalement élevée de l'une de ces trois protéines peut favoriser le développement de lymphomes, tandis que des défauts génétiques de cette voie de signalisation sont associés à l'immunodéficience. MALT1 a été identifiée comme étant une paracaspase qui partage des séquences homologues avec d'autres protéases à cystéine, comme les caspases et les métacaspases. Pour être actives, les caspases ont besoin de dimériser. Etant donné leur similarité de séquence avec MALT1, nous avons supposé que la dimérisation pouvait aussi être un mécanisme d'activation utilisé par MALT1. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons conçu un modèle bioinformatique à partir des structures cristallographiques de plusieurs caspases. Et notre modèle a suggéré que le domaine catalytique de MALT1 était effectivement capable de former des dimères. Cette découverte a été confirmée plus tard par des publications qui montrent des structures cristallographiques dimériques de MALT1. Dans l'interface du dimère de notre modèle, nous avons remarqué la présence d'acides aminés chargés qui pouvaient former des liaisons ioniques et ainsi réunir les deux monomères. La mutation de l'un de ces résidus, E549, pour une alanine, a complètement inhibé l'activité catalytique de MALT1. De plus, nous avons mis en évidence un rôle d'E549 dans la croissance dépendante de MALT1, des cellules dérivées de lymphomes B diffus à grandes cellules (DLBCL) de sous-type cellules B actives (ABC). Dans un premier temps nous avons été surpris de constater que cette mutation révélait seulement un défaut partiel de dimérisation, ce qui indique que des acides aminés supplémentaires sont indispensables pour former un dimère stable. Les structures cristallographiques de MALT1 ont révélé un rôle primordial d'E549 dans la stabilisation du site catalytique de la protéase via son interaction avec une arginine qui se trouve à côté de la cystéine du site actif. Dans une autre étude, nous avons découvert que la monoubiquitination de MALT1 est requise pour l'activité catalytique de la protéase. A remarquer que nous avons trouvé que le mutant E549A de l'interface dimère de MALT1 n'a pas pu être monoubiquitiné. Sur la base de ces résultats, nous suggérons que la formation correcte de l'interface du dimère est une condition préalable pour la monoubiquitination. Dans un second projet, nous avons découvert une nouvelle cible de la protéase MALT1, la ribonucléase Regnase-1. Il a été décrit que l'activité RNase de Regnase-1 régulait négativement les réponses immunitaires. Nous avons pu montrer que dans les lignées cellulaires ABC DLBCL, la Regnase-1 n'était pas seulement clivée par MALT1 mais également phosphorylée, au moins en partie, par la kinase de l'inhibiteur de KB (IKK). Les deux régulations semblent supprimer la fonction RNase de Regnase-1 et permettre ainsi la stabilisation de certains ARN messagers et la production de protéines favorisant la survie. En conclusion, nos études mettent en évidence le rôle-clé de la dimérisation de MALT1 et expliquent l'importance de l'activité catalytique de MALT1 pour l'activation des lymphocytes. Ainsi, nos résultats apportent des connaissances supplémentaires pour le développement de médicaments spécifiques ciblant l'activité catalytique de MALT1, qui pourraient être utiles pour modifier les réponses immunitaires et traiter des lymphomes.

Detection and measurement of paracaspase MALT1 activity.

The paracaspase MALT1 is a Cys-dependent, Arg-specific protease that plays an essential role in the activation and proliferation of lymphocytes during the immune response. Oncogenic activation of MALT1 is associated with the development of specific forms of B-cell lymphomas. Through specific cleavage of its substrates, MALT1 controls various aspects of lymphocyte activation, including the activation of transcriptional pathways, the stabilization of mRNAs, and an increase in cellular adhesion. In lymphocytes, the activity of MALT1 is tightly controlled by its inducible monoubiquitination, which promotes the dimerization of MALT1. Here, we describe both in vitro and in vivo assays that have been developed to assess MALT1 activity.

FANCD2 binds MCM proteins and controls replisome function upon activation of s phase checkpoint signaling.

Proteins disabled in Fanconi anemia (FA) are necessary for the maintenance of genome stability during cell proliferation. Upon replication stress signaling by ATR, the FA core complex monoubiquitinates FANCD2 and FANCI in order to activate DNA repair. Here, we identified FANCD2 and FANCI in a proteomic screen of replisome-associated factors bound to nascent DNA in response to replication arrest. We found that FANCD2 can interact directly with minichromosome maintenance (MCM) proteins. ATR signaling promoted the transient association of endogenous FANCD2 with the MCM2-MCM7 replicative helicase independently of FANCD2 monoubiquitination. FANCD2 was necessary for human primary cells to restrain DNA synthesis in the presence of a reduced pool of nucleotides and prevented the accumulation of single-stranded DNA, the induction of p21, and the entry of cells into senescence. These data reveal that FANCD2 is an effector of ATR signaling implicated in a general replisome surveillance mechanism that is necessary for sustaining cell proliferation and attenuating carcinogenesis.

Fanconi anemia and genome stability : the role of FANCM

RÉSUMÉ: Le génome de toute cellule est susceptible d'être attaqué par des agents endogènes et exogènes. Afin de préserver l'intégrité génomique, les cellules ont développé des multitudes de mécanismes. La réplication de l'ADN, une étape importante durant le cycle cellulaire, constitue un stress et présente un danger important pour l'intégrité du génome. L'anémie de Fanconi est une maladie héréditaire rare dont les protéines impliquées semblent jouer un rôle crucial dans la réponse au stress réplicatif. La maladie est associée à une instabilité chromosomique ainsi qu'à une forte probabilité de développer des cancers. Les cellules des patients souffrant de l'anémie de Fanconi sont sensibles à des agents interférant avec la réplication de l'ADN, et plus particulièrement àdes agents qui fient les deux brins d'ADN d'une manière covalente. L'anémie de Fanconi est une maladie génétiquement hétérogène. Treize protéines ont pu être identifiées. Elles semblent figurer dans une même voie de signalisation qui est aussi connue sous le nom de « FA/BRCA pathway », car un des gènes est identique au gène BRCA2 (breast cancer susceptibility gene 2). Huit protéines forment un complexe nucléaire dont l'intégrité est nécessaire à la monoubiquitination de deux autres protéines, FANCD2 et FANCI, en réponse à un stress réplicatif. A ce jour, la fonction moléculaire des protéines du « FA/BRCA pathway »reste encore mal décrite. Au début de mon travail de thèse, nous avons donc décidé de purifier les protéines du complexe nucléaire et d'étudier leurs propriétés biochimiques. Nous avons tout d'abord étudié les cinq protéines connues à l'époque qui sont FANCA, FANCC, FANCE, FANCF et FANCG. Par la suite, nous avons étendu notre étude à des protéines découvertes plus récemment, FANCL, FANCM et FAAP24, en concentrant finalement notre travail sur la caractérisation de FANCM. FANCM, contrairement aux autres protéines du complexe, est constituée de deux domaines conservés suggérant un rôle important dans le métabolisme de l'ADN. Il s'agit d'un domaine « DEAH box hélicase »situé dans la partie N-terminale et d'un domaine « ERCC4 nuclease »situé dans la partie C-terminale de la protéine. Dans cette étude, nous avons purifié avec succès la protéine FANCM entière à partir d'un système hétérologue. Nous montrons que FANCM s'attache de manière spécifique à des jonctions de Holliday et des fourches de réplication. De plus, nous démontrons que FANCM peut déplacer le point de jonction de ces structures via son domaine hélicase de manière dépendante de l'ATP. FANCM est aussi capable de dissocier de grands intermédiaires de la recombinaison, via la migration de jonctions de Holliday à travers une région d'homologie de 2.6 kb. Tous ces résultats suggèrent que FANCM peut s'attacher spécifiquement à des fourches de réplication et à des jonctions de Holliday in vitro et que son domaine hélicase est associé à une activité migratoire efficace. Nous pensons que FANCM peut avoir un rôle direct sur les intermédiaires de réplication. Ceci est en accord avec l'idée que les protéines de l'anémie de Fanconi coordonnent la réparation de l'ADN au niveau des fourches de réplication arrêtées. Nos résultats donnent une première indication quant au rôle de FANCM dans la cellule et peuvent contribuer à élucider la fonction de cette voie de signalisation peu comprise jusqu'à présent. SUMMARY: The genome of every cell is subject to a constant offence by endogenous and exogenous agents. Not surprisingly; cells have evolved a multitude of mechanisms which aim at preserving genomic integrity. A key step during the life cycle of a cell, DNA replication itself, constitutes a special danger to the integrity of the genome. The proteins defective in the rare hereditary disease Fanconi anemia (FA) are suspected to play a crucial role in the cellular response to DNA replication stress. The disease is associated with chromosomal instability and pronounced cancer susceptibility. Cells from Fanconi anemia patients are sensitive to a variety of agents which interfere with DNA replication, DNA interstrand cross-linking agents being particularly threatening to their survival. Fanconi anemia is a genetically heterogeneous disease with 13 different proteins identified, which seem to work together in a common pathway. Since one of the FA genes is identical to the breast cancer susceptibility gene BRCA2, it is also referred to as the FA/BRCA pathway. Eight proteins form a nuclear complex, whose integriry is required for the monoubiquitination of two other FA proteins, FANCD2 and FANCI, in response to DNA replication stress. Despite intensive research, the function of the FA/BRCA pathway at a molecular level has remained largely elusive so far. At the beginning of my thesis, we therefore decided to purify the proteins of the FA core complex and to investigate their biochemical properties. We started with the five proteins which were known at that time, FANCA, FANCC, FANCE, FANCF, and FACG. Later on, we extended our studies to the newly discovered proteins FANCL, FANCM, and FAAP24, and eventually focused our work on the characterisation of FANCM. In contrast to the other core complex proteins, FANCM contains two conserved domains, which point to a role in DNA metabolism: an N-terminal DEAH box helicase domain and a C-terminal ERCC4 nuclease domain. In this study, we have successfully purified full-length FANCM from a recombinant source. We show that purified FANCM binds to branched DNA molecules, such as Holliday junctions and replication forks, with high specificity and affinity. In addition, we demonstrate that FANCM can translocate the junction point of branched DNA molecules due to its helicase domain in an ATPase-dependent manner. FANCM can even dissociate large recombination intermediates, via branch migration of Holliday junctions through a 2.6 kb region of homology. Taken together, our data suggest that FANCM can specifically bind to replication forks and Holliday junctions in vitro, and that its DEAH box helicase domain is associated with a potent branch migration activity. We propose that FANCM might have a direct role in the processing of DNA replication intermediates. This is consistent with the current view that FA proteins coordinate DNA repair at stalled replication forks. Our findings provide a first hint as to the context in which FANCM might play a role in the cell. We are optimistic that they might be key to further elucidate the function of a pathway which is far from being understood.

Biochemical characterization of FANCD2 and FANCM in the Fanconi Anaemia pathway

Abstract : The maintenance of genome stability is a challenge for all living organisms. DNA is regularly subjected to chemical alterations by both endogenous and exogenous DNA damaging agents. If left unrepaired, these lesions will create mutations or lead to chromosomal instability. DNA crosslinking agents probably bring about the most toxic lesions. By linking covalently the two strands of DNA, crosslinking agents will impede essential cellular processes such as replication and transcription. Cells from Fanconi anaemia patients are extremely sensitive to these agents. Fanconi anaemia (FA) is a rare chromosomal instability disorder that leads to developmental defects, pancytopenia and cancer susceptibility. FA is a genetically heterogeneous disease with thirteen complementation groups identified. Proteins encoded by the FA genes work together in the FA pathway. Eight of these proteins form the FA core complex (FANC-A, B, C,E, F, G, L and -M), whose integrity is required to monoubiquitinate FANCD2 and FANCI in response to DNA damage. The hypersensitivity of FA cells to crosslinking agents, which perturb the progression of replication forks, has led to the hypothesis that FA proteins play a crucial role in the response to replication stress. However, at the molecular level, the functions of the FA pathway remain largely unknown. Our efforts were first focused on the characterization of FANCD2, "the key effector of the FA pathway". Using different substrates, we found that in vitro, purified hFANCD2 preferentially binds single strand DNA and double strand DNA extremities. Concomitantly, FANCM was identified as a new component of the FA core complex. Moreover FANCM was shown to have specific branch migration activities and probably a role as a "landing platform" on DNA for the other components of the core complex. By using FANCM mutants carrying deletions within the internal domain, we investigated the role of FANCM as a DNA anchor protein for the core complex. We observed that indeed, a specific part of the internal domain of FANCM interacts with components of the core complex. Finally, in collaboration with Weidong Wang's lab we characterized two new components of the FA pathway: FAAP10 and FAAP16. As a heterodimer these two proteins show affinity for dsDNA, and anneal complementary oligonucleotides in vitro. Moreover these proteins can associate with FANCM via a part of its internal domain. We find that FANCM, FAAP 10 and FAAP 16 can co-exist on the branch point of replication and recombination intermediates, and that FAAP10 and FAAP16 stimulate replication fork reversal by FANCM. These results suggest that FANCM may function as a landing platform for the core complex. After loading on DNA, the core complex can activate FANCD2 through monoubiquitination leading to its recruitment to the site of damage. Since ssDNA and double strand breaks are intermediates that are generated as a consequence of collapsed replication forks, FANCD2 by binding to ds DNA ends and ssDNA could protect such structures from the recombination repair machinery and prevent unscheduled recombination events. Alternatively, FANCD2 could avoid nucleases from gaining access to collapsed forks, preserving the DNA in state that can be used as a starting point for resumption of DNA synthesis. The overall comprehension of the FA pathway is far from been complete. Our results unravel new aspects of Fanconi Anaemia, which hopefully in the near future will address keys questions leading to a better understanding of the fascinating Fanconi Anaemia. Résumé : Le maintien de l'intégrité du génome est fondamentale chez tous les organismes vivants. L'ADN est constamment altéré par des composés aussi bien endogènes qu'exogènes. Si ces altérations ne sont pas réparées, elles peuvent conduire à l'apparition de mutations, ainsi qu'à une instabilité génomique accrue. Les lésions les plus sévères qui peuvent survenir sur l'ADN, sont les pontages inter caténaires. Des agents pontants en liant de façon covalente les deux brins d'ADN, vont empêcher le déroulement normal de processus cellulaires essentiels tels que la réplication ou la transcription. La compréhension des mécanismes permettant à la cellule de tolérer et réparer ces lésions est primordiale, notamment dans le cas des patients atteints de l'anémie de Fanconi qui présentent une très grande sensibilité à ces composés pontants. L'anémie de Fanconi est une maladie génétique rare appartenant à un groupe de pathologies associées à une grande instabilité chromosomique. Les patients atteints de l'anémie de Fanconi présentent des malformations du squelette, une pancytopénie et une forte propension à la survenue de cancer. L'anémie de Fanconi est génétiquement très hétérogène. À ce jour, 13 gènes codant pour 13 protéines FANC différentes ont été identifiés. Huit de ces protéines fonctionnent ensemble au sein d'un complexe (nommé le complexe FANC) ayant pour but de monoubiquitiner FANCD2 et FANCI en réponse à la formation de lésions sur l'ADN. L'extrême sensibilité des cellules de patients atteints de l'anémie de Fanconi à ces agents pontant l'ADN suggère l'implication des protéines FANC dans la réponse cellulaire suite à une stress réplicatif. Cependant, le rôle moléculaire exact de ces protéines demeure encore inconnu. Après purification, nous avons observé que FANCD2 était capable de lier l'ADN simple brin, ainsi que les extrémités d'ADN in vitro. Dans le même temps, FANCM fut identifié comme appartenant au complexe FANC. FANCM est décrit comme une translocase capable de promouvoir le déplacement de point de jonction dans des structures d'ADN spécifiques in vitro. De plus, en se liant à l'ADN, FANCM peut agir comme une plateforme pour les autres protéines FANC, leur permettant ainsi d'être adressées à l'ADN. En créant des protéines FANCM recombinantes ayant des délétions dans le domaine interne, nous avons pu observer que certaines protéines du complexe FANC se fixent à des sites spécifiques sur le domaine interne de FANCM. Enfin, au travers d'une collaboration, nous avons été amenés à caractériser deux nouvelles protéines appartenant au complexe FANC : FAAP 10 et FAAP16. Elles s'associent à FANCM par l'intermédiaire du domaine interne, et forment ainsi un hétérotrimére. La présence de FAAP10 et FAAP16 n'affecte pas la liaison de FANCM à l'ADN, mais semble potentialiser son activité de régression in vitro. FANCM semble donc fonctionner comme une plateforme pour les autres composants du complexe FANC. Ces derniers, une fois liés à l'ADN permettent la monoubiquitination de FANCD2 et son recrutement au site lésé de l'ADN. FANCD2 en se liant de façon préférentielle à l'ADN simple brin et aux extrémités d'ADN qui sont générés lors de l'arrêt et du démantèlement d'une fourche de réplication, pourrait protéger ces même fourches de réplication arrêtées, d'évènements de recombinaison aléatoires. Nos résultats apportent de nouveaux éléments concernant les mécanismes moléculaires de l'anémie de Fanconi. Enfin, l'étude de l'anémie de Fanconi permet aussi de mieux comprendre les mécanismes mis en place par la cellule pour tolérer des lésions survenant lors de la réplication.

MRE11-RAD50-NBS1 is a critical regulator of FANCD2 stability and function during DNA double-strand break repair.

Monoubiquitination of the Fanconi anaemia protein FANCD2 is a key event leading to repair of interstrand cross-links. It was reported earlier that FANCD2 co-localizes with NBS1. However, the functional connection between FANCD2 and MRE11 is poorly understood. In this study, we show that inhibition of MRE11, NBS1 or RAD50 leads to a destabilization of FANCD2. FANCD2 accumulated from mid-S to G2 phase within sites containing single-stranded DNA (ssDNA) intermediates, or at sites of DNA damage, such as those created by restriction endonucleases and laser irradiation. Purified FANCD2, a ring-like particle by electron microscopy, preferentially bound ssDNA over various DNA substrates. Inhibition of MRE11 nuclease activity by Mirin decreased the number of FANCD2 foci formed in vivo. We propose that FANCD2 binds to ssDNA arising from MRE11-processed DNA double-strand breaks. Our data establish MRN as a crucial regulator of FANCD2 stability and function in the DNA damage response.

FANCD2 Western blot as a diagnostic tool for Brazilian patients with Fanconi anemia

Fanconi anemia is a rare hereditary disease showing genetic heterogeneity due to a variety of mutations in genes involved in DNA repair pathways, which may lead to different clinical manifestations. Phenotypic variability makes diagnosis difficult based only on clinical manifestations, therefore laboratory tests are necessary. New advances in molecular pathogenesis of this disease led researchers to develop a diagnostic test based on Western blot for FANCD2. The objective of the present study was to determine the efficacy of this method for the diagnosis of 84 Brazilian patients with Fanconi anemia, all of whom tested positive for the diepoxybutane test, and 98 healthy controls. The FANCD2 monoubiquitinated isoform (FANCDS+/FANCD2L-) was not detected in 77 patients (91.7%). In 2 patients (2.4%), there was an absence of both the monoubiquitinated and the non-ubiquitinated proteins (FANCD2S-/FANCD2L-) and 5 patients (5.9%) had both isoforms (FANCD2S+/FANCD2L+). This last phenotype suggests downstream subtypes or mosaicism. All controls were diepoxybutane negative and were also negative on the FANCD2 Western blot. The Western blot for FANCD2 presented a sensitivity of 94% (79/84) and specificity of 100% (98/98). This method was confirmed as an efficient approach to screen Brazilian patients with deleterious mutations on FANCD2 (FANCD2S-/FANCD2L-) or other upstream genes of the FA/BRCA pathway (FANCDS+/FANCD2L-), to confirm the chromosome breakage test and to classify patients according to the level of FA/BRCA pathway defects. However, patients showing both FANCD2 isoforms (FANCD2S+/FANCD2L+) require additional studies to confirm mutations on downstream Fanconi anemia genes or the presence of mosaicism.

La protéine majeure de la capside de l’HSV-1 est ubiquitinée

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu.

Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.