CHIP and BAP1 act in concert to regulate INO80 ubiquitination and stability for DNA replication

Abstract

The INO80 chromatin remodeling complex has role in many essential cellular processes, including DNA replication. Nonetheless, the mechanisms that regulate INO80 in these processes remain largely unknown. Our group have previously reported that the stability of Ino80, the catalytic ATPase of INO80, is regulated by the ubiquitin proteasome system and that BAP1, a nuclear deubiquitinase with tumor suppressor activity, stabilizes Ino80 via deubiquitination and promotes replication fork progression. However, the E3 ubiquitin ligase that targets Ino80 for proteasomal degradation was unknown. Here, I identified the C terminus of Hsp70 interacting protein (CHIP), the E3 ubiquitin ligase that functions in cooperation with Hsp70, as an Ino80 interacting protein CHIP polyubiquitinates Ino80 dependently on Hsp70. Contrary to our expectation that CHIP degrades Ino80, CHIP rather stabilizes Ino80 by extending its half-life. Data suggest that CHIP stabilizes Ino80 by inhibiting degradative ubiquitination. I also show that CHIP works together with BAP1 to enhance stabilization of Ino80, leading to chromatin binding of the stabilized Ino80. Interestingly, both depletion and overexpression of CHIP compromise replication fork progression with little effect on fork stalling as is similarly observed for BAP1 and Ino80, indicating that an optimal cellular level of Ino80 is important for replication fork speed but not for replication stress suppression. This work therefore discovers CHIP as an E3 ubiquitin ligase that stabilizes Ino80 via non-degradative ubiquitination and suggests that CHIP and BAP1 act in concert to regulate Ino80 ubiquitination such a way to fine-tune its stability for efficient DNA replication.;INO80 크로마틴 리모델링 복합체는 DNA 복제과정을 포함한 여러 가지의 세포 내 과정에 필수적인 역할을 한다. 그럼에도 불구하고, 이 과정에서 INO80를 조절하는 기작은 대부분 알려져 있지 않다. 본 연구진은 이전에 INO80의 촉매 ATPase인 Ino80의 안정성은 유비퀴틴 프로테아솜 시스템에 의해 조절되며, 종양 억제자 활성을 가진 핵 탈유비퀴틴효소 BAP1이 탈유비퀴틴화를 통해 Ino80를 안정화 시키고 복제 포크의 진행을 촉진한다고 밝혔다. 그러나 Ino80를 단백질 분해의 대상으로 삼는 유비퀴틴 효소는 알려지지 않았다. 본 연구에서는 Hsp70과 협력하여 작용하는 Hsp70의 C말단 결합 단백질 (CHIP)을 Ino80에 결합하는 단백질로 찾아냈다. CHIP은 Hsp70에 의존하여 Ino80를 폴리유비퀴틴화 한다. CHIP이 Ino80를 분해할 것이라는 예상과는 달리, CHIP은 Ino80의 반감기를 늘려서 오히려 안정시킨다. 데이터에 따르면, CHIP은 분해성 유비퀴틴화를 억제하여 Ino80를 안정화한다. 또한 CHIP이 BAP1과 함께 Ino80의 안정화를 향상시켜, 안정화된 Ino80의 크로마틴 결합을 유도하는 것을 보여준다. 흥미롭게도, BAP1과 Ino80에서 관찰되었던 것과 유사하게, CHIP의 결핍과 과발현 모두가 포크의 멈춤에는 거의 영향을 미치지 않고 복제포크 진행에 문제를 일으키는 것으로 보아, Ino80의 적당한 세포 수준에서의 양이 복제 포크의 속도에는 중요하지만, 복제스트레스의 억제에는 중요하지 않다는 것을 보여준다. 따라서 본 연구에서는 비분해성 유비퀴틴화를 통해 Ino80를 안정화하는 유비퀴틴 효소로써 CHIP을 발견하고, CHIP과 BAP1이 효율적인 DNA 복제를 위해 Ino80의 안정화를 미세조정하기 위한 방법으로써 Ino80의 유비퀴틴화를 조절하기 위해 협력한다고 제시한다.