SUMMARY The RING E3 ubiquitin ligase UHRF1 is an established cofactor for DNA methylation inheritance. Nucleosomal engagement through histone and DNA interactions directs UHRF1 ubiquitin ligase activity toward lysines on histone H3 tails, creating binding sites for DNMT1 through ubiquitin interacting motifs (UIM1 and UIM2). Here, we profile contributions of UHRF1 and DNMT1 to genome-wide DNA methylation inheritance and dissect specific roles for ubiquitin signaling in this process. We reveal DNA methylation maintenance at low-density CpGs is vulnerable to disruption of UHRF1 ubiquitin ligase activity and DNMT1 ubiquitin reading activity through UIM1. Hypomethylation of low-density CpGs in this manner induces formation of partially methylated domains (PMD), a methylation signature observed across human cancers. Furthermore, disrupting DNMT1 UIM2 function abolishes DNA methylation maintenance. Collectively, we show DNMT1-dependent DNA methylation inheritance is a ubiquitin-regulated process and suggest a disrupted UHRF1-DNMT1 ubiquitin signaling axis contributes to the development of PMDs in human cancers.

The Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome (APC/C) is an E3 ubiquitin ligase and critical regulator of cell cycle progression. Despite its vital role, it has remained challenging to globally map APC/C substrates. By combining orthogonal features of known substrates, we predicted APC/C substrates in silico. This analysis identified many known substrates and suggested numerous candidates. Unexpectedly, chromatin regulatory proteins are enriched among putative substrates and we show that several chromatin proteins bind APC/C, oscillate during the cell cycle and are degraded following APC/C activation, consistent with being direct APC/C substrates. Additional analysis revealed detailed mechanisms of ubiquitylation for UHRF1, a key chromatin regulator involved in histone ubiquitylation and DNA methylation maintenance. Disrupting UHRF1 degradation at mitotic exit accelerates G1-phase cell cycle progression and perturbs global DNA methylation patterning in the genome. We conclude that APC/C coordinates crosstalk between cell cycle and chromatin regulatory proteins. This has potential consequences in normal cell physiology, where the chromatin environment changes depending on proliferative state, as well as in disease.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Chromatin immunoprecipitation followed by next-generation sequencing (ChIP-seq) is a key technique for mapping the distribution and relative abundance of histone posttranslational modifications (PTMs) and chromatin-associated factors across genomes. There is a perceived challenge regarding the ability to quantitatively plot ChIP-seq data, and as such, approaches making use of exogenous additives, or "spike-ins" have recently been developed. Relying on the fact that the IP step of ChIP-seq is a competitive binding reaction, we present a quantitative framework for ChIP-seq analysis that circumvents the need to modify standard sample preparation pipelines with spike-in reagents. We also introduce a visualization technique that, when paired with our formal developments, produces a much more rich characterization of sequencing data.

Abstract DNA methyltransferase (DNMT) inhibitors are FDA-approved for various hematological malignancies but have limited efficacy in solid tumors. DNA hypomethylation with these drugs is associated with elevated lysine 27 tri-methylation on histone H3 (H3K27me3). We hypothesized that this EZH2-dependent repressive mark limits the full potential of DNMT inhibition. Here, we show in cell line and tumoroid models of colorectal cancer, that low-dose DNMT inhibition sensitizes cells to selective EZH2 inhibitors that have limited single agent toxicity, and that EZH2 inhibition enhances DNMT inhibitor-driven molecular and therapeutic effects. Through integrative epigenomic analyses, we reveal that DNMT inhibition induces H3K27me3 accumulation at genomic regions poised with EZH2. Unexpectedly, combined treatment alters the epigenome landscape to promote transcriptional upregulation of the calcium-calcineurin-NFAT signaling pathway. Blocking this pathway limits the transcriptional activating effects of the drug combination, including expression of transposable elements and innate immune response genes within a viral defense pathway. Consistently, we demonstrate positive correlations between DNMT inhibitor- and innate immune response-associated transcription profiles and calcium signal activation in primary human colon cancer specimens. Collectively, our study demonstrates that compensatory EZH2 activity following DNA hypomethylation presents a barrier to the therapeutic action of DNMT inhibition in colon cancer, reveals a new application of EZH2 inhibitors beyond cancers associated with PRC2 hyperactivity, and links calcium-calcineurin-NFAT signaling to epigenetic therapy-induced viral mimicry. Highlights Select EZH2 inhibitors enhance the transcriptional activating and antiproliferative effects of DNA hypomethylating agents in colon cancer cells. The mechanism involves blockade of H3K27me3 accumulation in regions of the genome poised for PRC2 activity. DNMT inhibitor + EZH2 inhibitor treatment transcriptionally upregulates calcium-calcineurin- NFAT signaling, and this pathway is necessary for complete induction of viral mimicry and innate immune response pathways. The therapeutic utility of EZH2 inhibitors may be extended beyond cancers with PRC2 hyperactivity in combination regimens with DNMT inhibitors.