XPF-ERCC1 protein complexes regulate 5´ DNA incision and XPC deubiquitylation in the Global Genome branch of Nucleotide Excision Repair

Abstract

The genome of cellular systems is under constant threat of genotoxic agents. Thus, efficient DNA damage repair is essential to maintain integrity and stability of the genome. Nucleotide excision repair (NER) represents one of the main cellular DNA repair pathways induced by UV light exposure. The global genome-NER branch counteracting lesions in transcriptionally silent DNA regions, is initiated by binding of the damage recognition factor XPC to DNA damage. The UV-DDB-CULA-RBX1 E3 ligase catalyzed polyubiquitylation of XPC after UV irradiation has been well studied. However, mechanistic insight into how ubiquitylated XPC regulates the GG-NER pathway is still lacking. Here, we show that ubiquitylated XPC is associated with a novel protein complex consisting of the heterodimeric ERCC1-XPF endonuclease and the deubiquitylase USP7 (also known as HAUSP). Interestingly, ERCC1-XPF enhances the deubiquitylation reaction of XPC in vitro and in vivo. We further demonstrate that USP7 competes with XPA for binding to the ERCC1-XPF endonuclease complex. Collectively our results provide evidence of two distinct ERCC1-XPF protein complexes that operate in 5' DNA incision or in XPC deubiquitylation thus coupling both processes in the GG-NER pathway.

Das effiziente Beseitigen von DNA-Schäden ist für den Erhalt der Stabilität und Integrität des Genoms unverzichtbar. Aus diesem Grund gibt es eine Vielzahl von DNA-Reparaturmechanismen, die jeweils spezifisch charakteristische DNA-Schäden erkennen und reparieren. Bestrahlung mit UV-Licht verursacht hauptsächlich zwei spezifische DNA-Schäden, CPDs (Cyclobutan-Pyrimidindimere) und 6´-4´ Photoprodukte, die durch die Nukleotid-Exzisionsreparatur (NER) beseitigt werden. Der global genomweite Zweig der Nukleotidexzisions-Reparatur (GG-NER) wird durch die Bindung des Erkennungsproteins XPC an den DNA-Schaden initiiert. Die durch den UV-DDB-CULA-RBX1 Ligase Komplex katalysierte Poly-ubiquitylierung von XPC nach UV-Bestrahlung ist bereits gut dokumentiert. Es ist jedoch immer noch unklar, wie ubiquityliertes XPC den weiteren Verlauf der NER-Reaktion auf mechanistischer Ebene reguliert. Unsere Experimente zeigen, dass ubiquityliertes XPC mit einem neuen Protein-Komplex bestehend aus dem heterodimeren ERCC1-XPF-Komplex und der Deubiquitylase USP7 (auch bekannt als HAUSP), assoziiert ist. Interessanterweise beschleunigt ERCC1-XPF die Deubiquitylierungsreaktion von XPC sowohl in vitro als auch in vivo. Wir zeigen weiter, dass USP7 mit XPA um die Bindung an den ERCC1-XPF-Endonukleasekomplex konkurriert. Zusammenfassend betrachtet charakterisieren unsere Ergebnisse zwei unterschiedliche ERCC1-XPF-Protein-komplexe, die entweder in der 5'-DNA-Inzision oder in der Deubiquitylierung von XPC maßgeblich beteiligt sind. Da beide Proteinkomplexe auf ERCC1-XPF aufbauen, sind diese beiden Prozesse, der 5´-DNA-Einschnitt und die XPC Deubiquitylierung, in der NER-Reaktion miteinander gekoppelt.