Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) represents the most aggressive form of pulmonary fibrosis (PF) and is a highly debilitating disorder with a poorly understood etiology. The lung epithelium seems to play a critical role in the initiation and progression of the disease. A repeated injury of lung epithelial cells prompts type II alveolar cells to secrete pro-fibrotic cytokines, which induces differentiation of resident mesenchymal stem cells into myofibroblasts, thus promoting aberrant deposition of extracellular matrix (ECM) and formation of fibrotic lesions. Reactivation of developmental pathways such as the Wnt-β-catenin signaling cascade in lung epithelial cells plays a critical role in this process, but the underlying mechanisms are still enigmatic. Here, we demonstrate that the membrane-associated protein NUMB is required for pathological activation of β-catenin signaling in lung epithelial cells following bleomycin-induced injury. Importantly, depletion of Numb and Numblike reduces accumulation of fibrotic lesions, preserves lung functions, and increases survival rates after bleomycin treatment of mice. Mechanistically, we demonstrate that NUMB interacts with casein kinase 2 (CK2) and relies on CK2 to activate β-catenin signaling. We propose that pharmacological inhibition of NUMB signaling may represent an effective strategy for the development of novel therapeutic approaches against PF.

Sirtuin 7 (SIRT7) is a member of the mammalian family of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD + )-dependent histone/protein deacetylases, known as sirtuins. It acts as a potent oncogene in numerous malignancies, but the molecular mechanisms employed by SIRT7 to sustain lung cancer progression remain largely uncharacterized. We demonstrate that SIRT7 exerts oncogenic functions in lung cancer cells by destabilizing the tumor suppressor alternative reading frame (ARF). SIRT7 directly interacts with ARF and prevents binding of ARF to nucleophosmin, thereby promoting proteasomal-dependent degradation of ARF. We show that SIRT7-mediated degradation of ARF increases expression of protumorigenic genes and stimulates proliferation of non-small-cell lung cancer (NSCLC) cells both in vitro and in vivo in a mouse xenograft model. Bioinformatics analysis of transcriptome data from human lung adenocarcinomas revealed a correlation between SIRT7 expression and increased activity of genes normally repressed by ARF. We propose that disruption of SIRT7–ARF signaling stabilizes ARF and thus attenuates cancer cell proliferation, offering a strategy to mitigate NSCLC progression.

Sirtuins are key players in the response to oxidative, metabolic and genotoxic stress, and are involved in genome stability, metabolic homeostasis and aging. Originally described as NAD+-dependent deacetylases, some sirtuins are also characterized by a poorly understood mono-ADP-ribosyltransferase (mADPRT) activity. Here we report that the deacetylase SirT7 is a dual sirtuin as it also features auto-mADPRT activity. Molecular and structural evidence suggests that this novel activity occurs at a second previously undefined active site that is physically separated in another domain. Specific abrogation of this activity alters SirT7 chromatin distribution, suggesting a role for this modification in SirT7 chromatin binding specificity. We uncover an epigenetic pathway by which ADP-ribosyl-SirT7 is recognized by the ADP-ribose reader macroH2A1.1, a histone variant involved in chromatin organization, metabolism and differentiation. Glucose starvation (GS) boosts this interaction and promotes SirT7 relocalization to intergenic regions in a macroH2A1-dependent manner. Both SirT7 activities are in turn required to promote GS-dependent enrichment of macroH2A1 in a subset of nearby genes, which results in their specific up- or downregulation. Consistently, the expression changes of these genes associated to calorie restriction (CR) or aging are abrogated in SirT7-/- mice, reinforcing the link between Sirtuins, CR and aging. Our work provides a novel perspective about sirtuin duality and suggests a key role for SirT7/macroH2A1.1 axis in mammalian glucose homeostasis, calorie restriction signaling and aging.

SUMMARY Sirtuins, a class of highly conserved histone/protein deacetylases, are heavily implicated in senescence and aging. The regulation of sirtuin proteins is tightly controlled both transcriptionally and translationally and via localization within the cell. While Sirtiun proteins are implicated with aging, how their levels are regulated during aging across cell types and eliciting tissue specific age-related cellular changes is unclear. Here, we demonstrate that SIRT7 is targeted for degradation during senescence and liver aging. To uncover the significance of SIRT7 loss, we performed proteomics analysis and identified a new SIRT7 interactor, the HMG box protein NUCKS1. We found that the NUCKS1 transcription factor is recruited onto chromatin during senescence and this is mediated by SIRT7 loss. Further, depletion of NUCKS1 delayed senescence upon DNA damage leading to reduction of inflammatory gene expression. Examination of NUCKS1 transcriptional regulation during senescence revealed gene targets of transcription factors NFKB1, RELA, and CEBPβ. Consistently, in both Sirt7 KO mouse liver and in naturally aged livers, Nucks1 was recruited to chromatin. Further, Nucks1 was bound at promoters and enhancers of age-related genes, including transcription factor Rela, and, moreover, these bound sites had increased accessibility during aging. Overall, our results uncover NUCKS1 as a novel interactor of SIRT7, and show that loss of SIRT7 during senescence and liver aging promotes NUCKS1 chromatin binding to regulate metabolic and inflammatory genes.

ABSTRACT The Sirtuin family of NAD + -dependent enzymes plays an important role in maintaining genome stability upon stress. Several mammalian Sirtuins have been linked directly or indirectly to the regulation of DNA damage during replication through Homologous recombination (HR). The role of one of them, SIRT1, is intriguing as it seems to have a general regulatory role in the DNA damage response (DDR) that has not yet been addressed. SIRT1-deficient cells show impaired DDR reflected in a decrease in repair capacity, increased genome instability and decreased levels of γH2AX. Here we unveil a close functional antagonism between SIRT1 and the PP4 phosphatase multiprotein complex in the regulation of the DDR. Upon DNA damage, SIRT1 interacts specifically with the catalytical subunit PP4c and promotes its inhibition by deacetylating the WH1 domain of the regulatory subunits PP4R3α/β. This in turn regulates γH2AX and RPA2 phosphorylation, two key events in the signaling of DNA damage and repair by HR. We propose a mechanism whereby during stress, SIRT1 signaling ensures a global control of DNA damage signaling through PP4.