Abstract Glaucoma is the leading cause of irreversible blindness with trabecular meshwork (TM) dysfunction resulting in elevated intraocular pressure and retinal ganglion cell (RGC) damage leading to vision loss. In this study, we discovered that secretome, derived from human TM stem cells, via minimal invasive periocular injection, can reduce intraocular pressure, restore TM homeostasis, protect RGC, and restore RGC function in both steroid-induced and genetic myocilin mutant mouse models of glaucoma. The secretome upregulated the COX2-PGE2 axis via mitochondrial TMEM177 and led to activation of endogenous stem cells and TM regeneration. Inhibition of COX2 abolished the protective effect of secretome on TM cells. Secretome treatment also enhanced RGC survival and function. Proteomic analysis revealed that the secretome is enriched with proteins involved in extracellular matrix modulation leading to the remodeling of TM to restore homeostasis. This study highlights the feasibility of stem cell-free therapy for glaucoma with minimal invasive administration and the involvement of multiple novel pathways for a cumulative regenerative effect on the TM to protect RGC. Brief summary This study describes a cell-free treatment using stem cell secretome in two animal models of glaucoma and explores the potential mechanisms

Abstract SWI/SNF has been shown to have important functions in hypoxia-mediated gene expression through roles of its catalytic and core subunits. Since SWI/SNF exists as three distinct assemblies, and usage of complex specific subunits of the complex can be expected to vary within a given cell under changing environmental conditions. It remains an open question as to the compositional makeup of SWI/SNF and the roles of individual complexes in gene expression and cell viability in a hypoxic environment. In our current study, we find that hypoxia regulates levels of unique subunits that define each complex. Protein levels of ARID2 and PBRM1, members of PBAF and BRD9, a member of ncBAF, are downregulated in hypoxic cells, while members of BAF complex are retained. Our studies further show that loss of ARID1A, ARID1B and DPF2, which are unique subunits of BAF, reduces induction of HIF target genes and ARID1A or DPF2 are important for cell survival during hypoxia. Collectively, our results provide evidence that levels of SWI/SNF forms are not static within cells, but can be dynamically altered as a response to environmental changes.

SUMMARY Heterogeneous ribonucleoproteins (hnRNPs) are RNA binding molecules that are involved in key processes such as RNA splicing and transcription. One such hnRNP protein, hnRNP L, regulates alternative splicing (AS) by binding to pre-mRNA transcripts. However, it is unclear what factors contribute to hnRNP L-regulated AS events. Using proteomic approaches, we identified several key factors that co-purify with hnRNP L. We demonstrate that one such factor, the histone methyltransferase SETD2, specifically interacts with hnRNP L in vitro and in vivo . This interaction occurs through a previously uncharacterized domain in SETD2, the SETD2-hnRNP L Interaction (SHI) domain, the deletion of which, leads to a reduced H3K36me3 deposition. Functionally, SETD2 regulates a subset of hnRNP L-targeted AS events. Our findings demonstrate that SETD2 by interacting with Pol II as well as hnRNP L, can mediate the crosstalk between the transcription and the splicing machinery.

Summary Human DYRK1A gene encoding Dual-specificity tyrosine (Y)- Regulated Kinase 1A (DYRK1A) is a dosage-dependent gene whereby either trisomy or haploinsufficiency result in developmental abnormalities. However, the function and regulation of this important protein kinase are not fully understood. Here we report proteomic analysis of DYRK1A in human cells that revealed a novel role of DYRK1A in the DNA double-strand break (DSB) repair signaling. This novel function of DYRK1A is mediated in part by its interaction with ubiquitin-binding protein RNF169 that regulates the choice between homologous recombination (HR) and non-homologous end joining (NHEJ) DSB repair. Accumulation of RNF169 at the DSB sites promotes homologous recombination (HR) by limiting the recruitment of the scaffold protein 53BP1 that promotes NHEJ by protecting the DNA ends from resection. Inducible overexpression of active, but not the kinase inactive, DYRK1A in U-2 OS cells inhibited accumulation of 53BP1 at the DSB sites in RNF169-dependent manner. Mutation of DYRK1A phosphorylation sites in RNF169 or pharmacological inhibition of DYRK1A using harmine decreased the ability of RNF169 to displace 53BP1 from radiation-induced DSB sites. In order to further investigate the role of DYRK1A in regulation of DNA repair, we used CRISPR-Cas9 mediated knockout of DYRK1A in human and mouse cells. Interestingly, knockout of DYRK1A also caused a defect in 53BP1 DSB recruitment that was independent of RNF169, suggesting that dosage of DYRK1A can influence the DNA repair processes through several mechanisms. U-2 OS cells devoid of DYRK1A displayed an increased DNA repair and HR efficiency, and showed a decreased sensitivity to the PARP inhibitor olaparib when compared to control cells. Given evidence of its altered expression in human cancers, DYRK1A levels could represent a significant determinant of the DNA damaging therapy response.

ABSTRACT The pyruvate dehydrogenase complex (PDC) is a multienzyme complex that plays a key role in energy metabolism by converting pyruvate to acetyl-CoA. An increase of nuclear PDC has been shown to be correlated with an increase of histone acetylation that requires acetyl-CoA. PDC has been reported to form a ~ 10 MDa macromolecular machine that is proficient in performing sequential catalytic reactions via its three components. In this study, we show that the PDC displays size versatility in an ionic strength-dependent manner using size exclusion chromatography of yeast cell extracts. Biochemical analysis in combination with mass spectrometry indicates that yeast PDC (yPDC) is a salt-labile complex that dissociates into sub-megadalton individual components even under physiological ionic strength. Interestingly, we find that each oligomeric component of yPDC displays a larger size than previously believed. In addition, we show that the mammalian PDC also displays this uncommon characteristic of salt-lability, although it has a somewhat different profile compared to yeast. We show that the activity of yPDC is reduced in higher ionic strength. Our results indicate that the structure of PDC may not always maintain its ~ 10 MDa organization, but is rather variable. We propose that the flexible nature of PDC may allow modulation of its activity.

Despite the continued analysis of HDAC inhibitor efficacy in clinical trials, the heterogeneous nature of the protein complexes they target limits our understanding of the beneficial and off-target effects associated with their application. Among the many HDAC protein complexes found within the cell, Sin3 complexes are conserved from yeast to humans and likely play important roles as regulators of transcriptional activity. The functional attributes of these protein complexes remain poorly characterized in humans. Contributing to the poor definition of Sin3 complex attributes in higher eukaryotes is the presence of two Sin3 scaffolding proteins, SIN3A and SIN3B. Here we show that paralog switching influences the interaction networks of the Sin3 complexes. While SIN3A and SIN3B do have unique interaction network components, we find that SIN3A and SIN3B interact with a common set of proteins. Additionally, our results suggest that SIN3A and SIN3B may possess the capacity to form hetero-oligomeric complexes. While one principal form of SIN3B exists in humans, the analysis of rare SIN3B proteoforms provides insight into the domain organization of SIN3B. Together, these findings shed light on the shared and divergent properties of human Sin3 proteins and highlight the heterogeneous nature of the complexes they organize.

Hereditary cancer disorders often provide an important window into novel mechanisms supporting tumor growth and survival. Understanding these mechanisms and developing biomarkers to identify their presence thus represents a vital goal. Towards this goal, here we report a chemoproteomic map of the covalent targets of fumarate, an oncometabolite whose accumulation marks the genetic cancer predisposition syndrome hereditary leiomyomatosis and renal cell carcinoma (HLRCC). First, we validate the ability of known and novel chemoproteomic probes to report on concentration-dependent fumarate reactivity in vitro. Next, we apply these probes in concert with LC-MS/MS to identify cysteine residues sensitive to either fumarate treatment or fumarate hydratase (FH) mutation in untransformed and HLRCC cell models, respectively. Mining this data to understand the structural determinants of fumarate reactivity led to the discovery of an unexpected anti-correlation with nucleophilicity, indicating a novel influence of pH on fumarate-cysteine interactions. Finally, we show that many fumarate-sensitive and FH-regulated cysteines are found in functional protein domains, and perform functional studies of a fumarate-sensitive cysteine in SMARCC1 that lies at a key protein-protein interface in the SWI-SNF tumor suppressor complex. Our studies provide a powerful resource for understanding the influence of fumarate on reactive cysteine residues, and lay the foundation for future efforts to exploit this distinct aspect of oncometabolism for cancer diagnosis and therapy.

The tumor-suppressing function of SMAD4 is frequently subverted during mammary tumorigenesis, leading to cancer growth, invasion, and metastasis. A long-standing concept is that SMAD4 is not regulated by phosphorylation but ubiquitination. Interestingly, our search for signaling pathways regulated by BRK, a non-receptor protein tyrosine kinase that is up-regulated in ~80% of invasive ductal breast tumors, led us to discover that BRK competitively binds and phosphorylates SMAD4, and regulates TGF-β/ SMAD4 signaling pathway. A constitutively active BRK (BRK-Y447F), phosphorylates SMAD4 resulting in its recognition by the ubiquitin-proteasome system, which accelerates SMAD4 degradation. In agreement, we also observed an inverse protein expression pattern of BRK and SMAD4 in a panel of breast cancer cell lines and breast tumors. Activated BRK mediated degradation of SMAD4 causes the repression of tumor suppressor genes FRK that was associated with increased expression of mesenchymal markers and decreased cell adhesion ability. Thus, our data suggest that combination therapies targeting activated BRK signaling may have synergized the benefits in the treatment of SMAD4 repressed cancers. Therefore, our data propose that combination therapies which includes targeting activated BRK signaling may synergize the benefits in the treatment of SMAD4 deficient cancers.

Bilateral symmetry is a striking feature of the vertebrate body plan organization. Vertebral precursors, called somites, provide one of the best illustrations of embryonic symmetry. Maintenance of somitogenesis symmetry requires Retinoic acid (RA) and its coactivator Rere/Atrophin2. Here, using a proteomic approach we identify a protein complex, containing Wdr5, Hdac1, Hdac2 and Rere (named WHHERE), which regulates RA signalling and controls embryonic symmetry. We demonstrate that Wdr5, Hdac1 and Hdac2 are required for RA signalling in vitro and in vivo. Mouse mutants for Wdr5 and Hdac1 exhibit asymmetrical somite formation characteristic of RA-deficiency. We also identify the Rere-binding histone methyltransferase Ehmt2/G9a, as a RA coactivator controlling somite symmetry. Upon RA treatment, WHHERE and Ehmt2 become enriched at RA target genes to promote RNA Polymerase II recruitment. Our work identifies a novel protein complex linking key epigenetic regulators acting in the molecular control of embryonic bilateral symmetry.

In human cells, cytoplasmic dynein-1 is essential for long-distance transport of many cargos, including organelles, RNAs, proteins, and viruses, towards microtubule minus ends. To understand how a single motor achieves cargo specificity, we identified the human dynein interactome, or transportome, by attaching a promiscuous biotin ligase (BioID) to seven components of the dynein machinery, including a subunit of the essential cofactor dynactin. This method reported spatial information about the large cytosolic dynein/dynactin complex in living cells. To achieve maximal motile activity and to bind its cargos, human dynein/dynactin requires coiled coil-containing activators, of which only five have been described. We developed methods to identify new activators in our BioID data, and discovered that ninein and ninein-like are a new family of dynein activators. Analysis of the protein interactomes for six activators, including ninein and ninein-like, suggests that each dynein activator has multiple cargos.