Complete inactivation of BAP1 tumor suppressor through substrate binding disruption by Glu31 cancer mutations

Abstract

BAP1, a ubiquitin C-terminal hydrolase domain-containing deubiquitinase, functions as a tumor suppressor involved in various cellular processes, including DNA repair. Mutations in the BAP1 gene, often resulting in missense substitution, have been observed in several human cancers, such as mesothelioma, uveal melanoma, and kidney cancer. Notably, Glu31 mutations to Ala, Gly, Lys, or Val have been frequently identified in various cancers, including clear cell renal cell carcinoma (ccRCC). Despite its association with UV-induced DNA damage repair and reduced viability of ccRCC cells, the specific role of Glu31 remained unclear. In this study, I demonstrate that Glu31 mutations completely abolish the deubiquitinating activity of BAP1. These inactivating mutations disrupt the autodeubiquitination process of BAP1, resulting in elevated monoubiquitination of the nuclear localization signal, consequently inducing its cytoplasmic sequestration. A molecular docking study of the BAP1-ubiquitin complex suggests that the carboxyl group of Glu31 forms a salt bridge with the guanidium group of an Arg residue in ubiquitin, indicating its potential contribution to BAP1 binding to ubiquitin. Indeed, the inactivating Glu31 mutations significantly compromise BAP1's binding affinity for ubiquitin. Furthermore, when Glu31 is conservatively substituted with Asp, there is no observable effect on the activity of BAP1 or its binding affinity for ubiquitin. However, substitution with Gln, a structurally similar residue but lacking a carboxyl group, results in decreased binding of BAP1 to ubiquitin and a complete loss of BAP1 activity. This study reveals that Glu31 promotes BAP1's deubiquitinating activity by enhancing its affinity for ubiquitin substrate, shedding light on the mechanisms underlying the DNA repair and tumor-suppressing functions of BAP1.;유비퀴틴 C-말단 가수분해효소 도메인을 포함하는 탈유비퀴틴화 효소인 BAP1은 DNA 복구를 포함한 다양한 세포 과정에 관여하는 종양 억제자로 기능한다. 중피종, 포도막 흑색종, 신장암과 같은 여러 인간 암에서 종종 미스센스 치환을 일으키는 BAP1 유전자의 돌연변이가 관찰되었다. 특히, Ala, Gly, Lys 또는 Val으로 변이된 Glu31 돌연변이는 신장세포암 (ccRCC)을 포함한 다양한 암에서 자주 확인되었다. 자외선에 의한 DNA 손상 복구 및 신장세포암의 생존력 감소와의 연관성에도 불구하고 Glu31의 구체적인 역할은 여전히 불분명하였다. 이 연구에서는 Glu31 돌연변이가 BAP1의 탈유비귀틴화 활성을 완전히 없앤다는 사실을 입증했다. 이러한 비활성화 돌연변이는 BAP1의 자가유비퀴틴화 과정을 방해하여 핵 내 위치신호의 단일유비퀴틴화를 증가시켜 결과적으로 세포질 격리를 유도한다. BAP1-유비퀴틴 복합체에 대한 분자 도킹 연구에 따르면 Glu31의 카르복실기가 유비퀴틴의 Arg 잔기의 구아니듐기와 salt bridge를 형성하여 BAP1이 유비퀴틴에 결합하는 데 잠재적으로 기여하는 것으로 나타났다. 실제로 Glu31 비활성화 돌연변이는 유비퀴틴에 대한 BAP1의 결합 친화력을 현저히 감소시킨다. 또한, Glu31이 Asp로 치환된 경우에는, BAP1의 활성이나 유비퀴틴에 대한 결합 친화력에 관찰 가능한 영향은 없다. 그러나 구조적으로 유사하지만 카르복실기가 없는 잔기인 Gln으로 치환하면 BAP1과 유비퀴틴의 결합이 감소하고 BAP1의 활성이 완전히 사라진다. 본 연구는 Glu31이 유비퀴틴 기질에 대한 친화력을 높여 BAP1의 탈유비퀴틴화 활성을 촉진한다는 사실을 밝혀냄으로써 BAP1의 DNA 복구 및 종양 억제 기능의 근간이 되는 메커니즘을 밝혀냈다.