Cells respond to DNA double-strand breaks by recruiting factors such as the DNA-damage mediator protein MDC1, the p53-binding protein 1 (53BP1), and the breast cancer susceptibility protein BRCA1 to sites of damaged DNA. Here, we reveal that the ubiquitin ligase RNF8 mediates ubiquitin conjugation and 53BP1 and BRCA1 focal accumulation at sites of DNA lesions. Moreover, we establish that MDC1 recruits RNF8 through phosphodependent interactions between the RNF8 forkhead-associated domain and motifs in MDC1 that are phosphorylated by the DNA-damage activated protein kinase ataxia telangiectasia mutated (ATM). We also show that depletion of the E2 enzyme UBC13 impairs 53BP1 recruitment to sites of damage, which suggests that it cooperates with RNF8. Finally, we reveal that RNF8 promotes the G 2 /M DNA damage checkpoint and resistance to ionizing radiation. These results demonstrate how the DNA-damage response is orchestrated by ATM-dependent phosphorylation of MDC1 and RNF8-mediated ubiquitination.

The appropriate execution of DNA double-strand break (DSB) repair is critical for genome stability and tumor avoidance. 53BP1 and BRCA1 directly influence DSB repair pathway choice by regulating 5′ end resection, but how this is achieved remains uncertain. Here we report that Rif1−/− mice are severely compromised for 53BP1-dependent class switch recombination (CSR) and fusion of dysfunctional telomeres. The inappropriate accumulation of RIF1 at DSBs in S phase is antagonized by BRCA1, and deletion of Rif1 suppresses toxic nonhomologous end joining (NHEJ) induced by PARP inhibition in Brca1-deficient cells. Mechanistically, RIF1 is recruited to DSBs via the N-terminal phospho-SQ/TQ domain of 53BP1, and DSBs generated by ionizing radiation or during CSR are hyperresected in the absence of RIF1. Thus, RIF1 and 53BP1 cooperate to block DSB resection to promote NHEJ in G1, which is antagonized by BRCA1 in S phase to ensure a switch of DSB repair mode to homologous recombination.

A key cellular response to DNA double-strand breaks (DSBs) is 5′-to-3′ DSB resection by nucleases to generate regions of ssDNA that then trigger cell cycle checkpoint signaling and DSB repair by homologous recombination (HR). Here, we reveal that in the absence of exonuclease Exo1 activity, deletion or mutation of the Saccharomyces cerevisiae RecQ-family helicase, Sgs1, causes pronounced hypersensitivity to DSB-inducing agents. Moreover, we establish that this reflects severely compromised DSB resection, deficient DNA damage signaling, and strongly impaired HR-mediated repair. Furthermore, we show that the mammalian Sgs1 ortholog, BLM—whose deficiency causes cancer predisposition and infertility in people—also functions in parallel with Exo1 to promote DSB resection, DSB signaling and resistance to DSB-generating agents. Collectively, these data establish evolutionarily conserved roles for the BLM and Sgs1 helicases in DSB processing, signaling, and repair.

Loss of REV7 is shown to regulate end resection of double-stranded DNA breaks in BRCA1-deficient cells, leading to PARP inhibitor resistance and restoration of homologous recombination; REV7 dictates pathway choice in BRCA1-deficient cells and during immunoglobulin class switching. DNA polymerase ζ, composed of REV3, REV7 and an associated factor, REV1, mediates a type of DNA repair involving translesion synthesis, and hence its activity is highly mutagenic. Two studies exploring the DNA damage response have converged on REV7 (also known as MAD2L2) as a factor that, by itself, can promote maintenance of genome integrity. Several protective mechanisms that prevent telomere ends being recognized as a double-strand breaks (DSBs) and triggering an inappropriate DNA damage response were known. Jacqueline Jacobs and colleagues now show that REV7/MAD2L2 suppresses homology-dependent repair at deprotected telomeres and at irradiation-induced DSBs by inhibiting resection of the 5′ end. As a consequence, the ends are shunted into the non-homologous end-joining pathway. Sven Rottenberg and colleagues came to a similar conclusion by studying the development of resistance to PARP inhibitors. They found that REV7/MAD2L2 dictates pathway choice in BRCA-deficient cells and during immunoglobulin class switching. Error-free repair of DNA double-strand breaks (DSBs) is achieved by homologous recombination (HR), and BRCA1 is an important factor for this repair pathway1. In the absence of BRCA1-mediated HR, the administration of PARP inhibitors induces synthetic lethality of tumour cells of patients with breast or ovarian cancers2,3. Despite the benefit of this tailored therapy, drug resistance can occur by HR restoration4. Genetic reversion of BRCA1-inactivating mutations can be the underlying mechanism of drug resistance, but this does not explain resistance in all cases5. In particular, little is known about BRCA1-independent restoration of HR. Here we show that loss of REV7 (also known as MAD2L2) in mouse and human cell lines re-establishes CTIP-dependent end resection of DSBs in BRCA1-deficient cells, leading to HR restoration and PARP inhibitor resistance, which is reversed by ATM kinase inhibition. REV7 is recruited to DSBs in a manner dependent on the H2AX–MDC1–RNF8–RNF168–53BP1 chromatin pathway, and seems to block HR and promote end joining in addition to its regulatory role in DNA damage tolerance6. Finally, we establish that REV7 blocks DSB resection to promote non-homologous end-joining during immunoglobulin class switch recombination. Our results reveal an unexpected crucial function of REV7 downstream of 53BP1 in coordinating pathological DSB repair pathway choices in BRCA1-deficient cells.

John Perry and colleagues report the results of a large genome-wide association study meta-analysis to identify variants influencing age at natural menopause. They identify 54 independent signals and find enrichment near genes involved in delayed puberty and DNA damage response. Menopause timing has a substantial impact on infertility and risk of disease, including breast cancer, but the underlying mechanisms are poorly understood. We report a dual strategy in ∼70,000 women to identify common and low-frequency protein-coding variation associated with age at natural menopause (ANM). We identified 44 regions with common variants, including two regions harboring additional rare missense alleles of large effect. We found enrichment of signals in or near genes involved in delayed puberty, highlighting the first molecular links between the onset and end of reproductive lifespan. Pathway analyses identified major association with DNA damage response (DDR) genes, including the first common coding variant in BRCA1 associated with any complex trait. Mendelian randomization analyses supported a causal effect of later ANM on breast cancer risk (∼6% increase in risk per year; P = 3 × 10−14), likely mediated by prolonged sex hormone exposure rather than DDR mechanisms.

Abstract Protein ubiquitination at sites of DNA double-strand breaks (DSBs) by RNF168 recruits BRCA1 and 53BP1, mediators of the homologous recombination (HR) and non-homologous end joining (NHEJ) DSB repair pathways, respectively. While NHEJ relies on 53BP1 binding to ubiquitinated Lysine 15 on H2A-type histones (H2AK15ub), an RNF168-dependent modification, the mechanism linking RNF168 to BRCA1 recruitment during HR has remained unclear. Here, we identify a tandem BRCT domain ubiquitin-dependent recruitment motif (BUDR) in BARD1 – BRCA1’s obligate partner protein – that binds H2AK15ub directly, thereby recruiting BRCA1 to DSBs. BARD1 BUDR mutations compromise HR, and render cells hypersensitive to PARP inhibition and cisplatin treatment. We find that BARD1-nucleosome interactions require BUDR binding to H2AK15ub and ankyrin repeat domain-mediated binding of the histone H4 tail, specifically when unmethylated on Lysine-20 (H4K20me0), a state limited to post replicative chromatin. Finally, we demonstrate that by integrating DNA damagedependent H2AK15ub and DNA replication-dependent H4K20me0 signals at sites of DNA damage, BARD1 coordinates BRCA1-dependent HR with 53BP1 pathway antagonization, establishing a simple paradigm for the governance of DSB repair pathway choice.

53BP1 regulates DNA end-joining in lymphocytes, diversifying immune antigen receptors. This involves nucleosome-bound 53BP1 at DNA double-stranded breaks (DSBs) recruiting RIF1 and shieldin, a poorly understood DNA-binding complex. The 53BP1-RIF1-shieldin axis is pathological in

Across mammals, PRDM9 binding localizes almost all meiotic recombination hotspots. However, most PRDM9 motif sequence matches are not bound, and most PRDM9-bound loci do not become hotspots. To explore factors that affect binding and subsequent recombination outcomes, we mapped human and chimp PRDM9 binding sites in a human cell line, and measured PRDM9-induced H3K4me3 and gene expression changes. These data revealed varied DNA-binding modalities of PRDM9, and histone modifications that predict binding. At sites where PRDM9 binds, specific cis sequence motifs associated with TRIM28 recruitment, and histone modifications, predict whether recombination subsequently occurs. These results implicate the large family of KRAB-ZNF genes in consistent, localized meiotic recombination suppression. PRDM9 affects gene expression for a small number of genes including CTCFL and VCX, by binding nearby. Finally, we show that PRDM9's DNA-binding zinc finger domain strongly impacts the formation of multimers, with a pair of highly diverged alleles multimerizing less efficiently.