Histone modifications establish the chromatin states that coordinate the DNA damage response. In this study, we show that SETD2, the enzyme that trimethylates histone H3 lysine 36 (H3K36me3), is required for ATM activation upon DNA double-strand breaks (DSBs). Moreover, we find that SETD2 is necessary for homologous recombination repair of DSBs by promoting the formation of RAD51 presynaptic filaments. In agreement, SETD2-mutant clear cell renal cell carcinoma (ccRCC) cells displayed impaired DNA damage signaling. However, despite the persistence of DNA lesions, SETD2-deficient cells failed to activate p53, a master guardian of the genome rarely mutated in ccRCC and showed decreased cell survival after DNA damage. We propose that this novel SETD2-dependent role provides a chromatin bookmarking instrument that facilitates signaling and repair of DSBs. In ccRCC, loss of SETD2 may afford an alternative mechanism for the inactivation of the p53-mediated checkpoint without the need for additional genetic mutations in TP53.

Abstract Anthracyclines are among the most used and effective anticancer drugs. Their activity has been attributed to DNA double-strand breaks resulting from topoisomerase II poisoning and to eviction of histones from select sites in the genome. Here we show that the extensively used anthracyclines Doxorubicin, Daunorubicin and Epirubicin, decrease the transcription of nuclear factor kappa B (NF-κB)-dependent gene targets, but not interferon responsive genes. Using an NMR-based structural approach, we demonstrate that anthracyclines disturb the complexes formed between the NF-κB subunit RelA and its DNA binding sites. The variant anthracyclines Aclarubicin, Doxorubicinone and the newly developed Dimethyl-doxorubicin, which share anticancer properties with the other anthracyclines but do not induce DNA damage, also suppressed inflammation, thus uncoupling DNA damage from the effects on inflammation. These findings have implications for anticancer therapy and for the development of novel anti-inflammatory drugs with limited side effects for life-threatening conditions such as sepsis.

Abstract The mechanisms by which the nuclear lamina of tumor cells controls their migration and survival are poorly understood. Lamin A and its variant lamin C are key nuclear lamina proteins that control nucleus stiffness and chromatin conformation. Downregulation of lamin A/C levels in two metastatic lines, B16F10 melanoma and E0771 breast carcinoma, facilitated cell squeezing through rigid pores, elevated nuclear deformability and reduced heterochromatin. Unexpectedly, the transendothelial migration of both cancer cells in vitro and in vivo, through lung capillaries, was not elevated by lamin A/C knockdown. Both cancer cells with lamin A/C knockdown grew normally in primary tumors and in vitro on rigid surfaces. Strikingly, however, both lamin A/C deficient melanoma and breast cancer cells grew poorly in 3D spheroids expanded in soft agar cultures. Experimental lung metastasis of both lamin A/C knockdown cells was also markedly reduced. Taken together, our results suggest that high content of lamin A/C in multiple cancer cells promotes cancer cell survival and ability to generate lung metastasis without compromising cancer cell emigration from lung vessels.

Abstract Long interspersed element-1 (LINE-1 or L1) retrotransposons constitute the largest transposable element (TE) family in mammalian genomes and contribute prominently to inter- and intra-individual genetic variation. Although most L1 elements are inactive, some evolutionary younger elements remain intact and genetically competent for transcription and occasionally retrotransposition. Despite being generally more abundant in gene-poor regions, intact or full-length L1s (FL-L1) are also enriched around specific classes of genes and on the eutherian X chromosome. How proximal FL-L1 may affect nearby gene expression remains unclear. In this study, we aim to examine this in a systematic manner using engineered mouse embryonic stem cells (ESCs) where the expression of one representative active L1 subfamily is specifically perturbed. We found that ∼1,024 genes are misregulated following FL-L1 activation and to a lesser extent (∼81 genes), following their repression. In most cases (68%), misexpressed genes contain an intronic FL-L1 or lie near a FL-L1 (<260 kb). Gene ontology analysis shows that upon L1 activation, up-regulated genes are enriched for neuronal function-related terms, suggesting that some L1 elements may have evolved to control neuronal gene networks. These results illustrate the cis -regulatory impact of FL-L1 elements and suggest a broader role for L1s than originally anticipated.

Abstract DNA oxidation by ten-eleven translocation (TET) family enzymes is essential for epigenetic reprogramming. The conversion of 5-methylcytosine (5mC) into 5-hydroxymethylcytosine (5hmC) initiates developmental and cell-type-specific transcriptional programs through mechanisms that include changes in the chromatin structure. Here, we show that the presence of 5hmC in the transcribed DNA promotes the annealing of the nascent RNA to its template DNA strand, leading to the formation of an R-loop. The genome-wide distribution of 5hmC and R-loops show a positive correlation in mouse and human embryonic stem cells and overlap in half of all active genes. Moreover, R-loop resolution leads to differential expression of a subset of genes that are involved in crucial events during stem cell proliferation. Altogether, our data reveal that epigenetic reprogramming via TET activity promotes co-transcriptional R-loop formation, and disclose novel links between R-loops and the regulation of gene expression programs in stem cells.