RNA-binding proteins are frequently deregulated in cancer and emerge as effectors of the DNA damage response (DDR). The non-POU domain–containing octamer-binding protein NONO/p54 nrb is a multifunctional RNA-binding protein that not only modulates the production and processing of mRNA, but also promotes the repair of DNA double-strand breaks (DSBs). Here, we investigate the impact of Nono deletion in the murine KP ( KRas G12D , Trp53 −/− ) cell–based lung cancer model. We show that the deletion of Nono impairs the response to DNA damage induced by the topoisomerase II inhibitor etoposide or the radiomimetic drug bleomycin. Nono-deficient KP (KPN) cells display hyperactivation of DSB signalling and high levels of DSBs. The defects in the DDR are accompanied by reduced RNA polymerase II promoter occupancy, impaired nascent RNA synthesis, and attenuated induction of the DDR factor growth arrest and DNA damage–inducible beta (Gadd45b). Our data characterise Gadd45b as a putative Nono-dependent effector of the DDR and suggest that Nono mediates a genome-protective crosstalk of the DDR with the RNA metabolism via induction of Gadd45b.

ABSTRACT Long non-coding (lnc)RNA emerge as regulators of genome stability. The nuclear enriched abundant transcript 1 ( NEAT1 ) locus encodes two lncRNA isoforms that modulate gene expression, growth and proliferation in mammals. Interestingly, NEAT1 transcripts are overexpressed in many tumours and induced by DNA damage, suggesting a genome-protective function. However, the precise role of NEAT1 in the DNA damage response (DDR) is unclear. Here, we investigate the expression, modification levels, localization and structure of NEAT1 in response to DNA double-strand breaks (DSBs) induced by the topoisomerase-II inhibitor etoposide or the locus-specific endonuclease AsiSI. We find that induction of DSBs increases both the levels and N6-methyladenosine (m6A) marks on NEAT1, which promotes alterations in NEAT1 secondary structure and accumulation of hyper-methylated NEAT1 at a subset of promoter-associated DSBs to facilitate efficient DSB signalling. The depletion of NEAT1, in turn, delays the response to DSBs and triggers elevated DNA damage. The genome-protective role of NEAT1 is mediated by the RNA methyltransferase 3 (METTL3) and involves spreading of the chromodomain helicase DNA binding protein 4 (CHD4) upon release from NEAT1. Together, we describe a novel RNA-dependent DDR pathway that couples NEAT1 to the recognition and repair of DSBs.

ABSTRACT RNA-binding proteins (RBPs) stimulate the DNA damage response (DDR). The RBP NONO marks nuclear paraspeckles in unperturbed cells and undergoes poorly understood re-localisation to the nucleolus upon induction of DNA double-strand breaks (DSBs). Here we show that treatment with the topoisomerase-II inhibitor etoposide stimulates the production of RNA polymerase II-dependent, DNA damage-induced nucleolar antisense RNAs (diNARs) in human cells. diNARs originate from the nucleolar intergenic spacer and tether NONO to the nucleolus via its RRM1 domain. NONO occupancy at protein-coding gene promoters is reduced by etoposide, which attenuates pre-mRNA synthesis, enhances NONO binding to pre-mRNA transcripts and is accompanied by nucleolar detention of such transcripts. The depletion or mutation of NONO interferes with detention and prolongs DSB signaling. Together, we describe a nucleolar DDR pathway that shields NONO and aberrant transcripts from DSBs to promote DNA repair.