Abstract The superfamily 2 helicase XPD is a central component of the general transcription factor II H (TFIIH), which is essential for transcription and nucleotide excision DNA repair (NER). Within these two processes, the helicase function of XPD is vital for NER but not for transcription initiation, where XPD acts only as a scaffold for other factors. Using cryo-EM, we deciphered one of the most enigmatic steps in XPD helicase action: the active separation of double-stranded DNA (dsDNA) and its stalling upon approaching a DNA interstrand cross-link, a highly toxic form of DNA damage. The structure shows how dsDNA is separated and reveals a highly unusual involvement of the Arch domain in active dsDNA separation. Combined with mutagenesis and biochemical analyses, we identified distinct functional regions important for helicase activity. Surprisingly, those areas also affect core TFIIH translocase activity, revealing a yet unencountered function of XPD within the TFIIH scaffold. In summary, our data provide a universal basis for NER bubble formation, XPD damage verification and XPG incision.

Abstract The development of cancer therapeutics is often hindered by the fact that specific oncogenes cannot be directly pharmaceutically addressed. Targeting deubiquitylases that stabilize these oncogenes provides a promising alternative. USP28 and USP25 have been identified as such target deubiquitylases, and several small-molecule inhibitors indiscriminately inhibiting both enzymes have been developed. To obtain insights into their mode of inhibition, we structurally and functionally characterized USP28 in the presence of the three different inhibitors AZ1, Vismodegib and FT206. The compounds bind into a common pocket acting as a molecular sink. Our analysis provides an explanation why the two enzymes are inhibited with similar potency while other deubiquitylases are not affected. Furthermore, a key glutamate residue at position 366/373 in USP28/USP25 plays a central structural role for pocket stability and thereby for inhibition and activity. Obstructing the inhibitor-binding pocket by mutation of this glutamate may provide a tool to accelerate future drug development efforts for selective inhibitors of either USP28 or USP25 targeting distinct binding pockets.

Abstract The super family 2 (SF2) helicase XPD is a central component of the general transcription factor II H (TFIIH) which is essential for transcription and nucleotide excision DNA repair (NER) 1 . Within these two processes XPDs helicase function is vital for NER but not for transcription initiation, where XPD only acts as a scaffold for other factors 2 . We deciphered one of the most enigmatic steps in XPD helicase action: the active separation of dsDNA and its stalling upon approaching an interstrand crosslink, one of the most severe DNA damages in the cell, using cryo EM. Furthermore, the structure clearly shows how dsDNA is separated and reveals a highly unusual involvement of the Arch domain in active dsDNA separation. Combined with mutagenesis and biochemical analyses, we identify distinct functional residues important for helicase activity. Surprisingly, those areas also affect core TFIIH translocase activity, revealing a yet unencountered function of XPD within the TFIIH scaffold. Importantly, our structure provides a basis for XPD damage recognition and further suggests how the NER bubble could be formed, leading to a model for the location of the XPG nuclease relative to the excised damage.

Abstract During early transcription, RNA polymerase II (RNAPII) undergoes a series of structural transitions controlled by cyclin-dependent kinases. Whether protein ubiquitylation and proteasomal degradation affect the fate of RNAPII close to promoters is less well understood. Here we show that the deubiquitylating enzyme USP11 and its heterodimeric partner USP7 form a trimeric complex with TCEAL1, a member of the poorly understood TCEAL (TCEA/TFIIS-like) protein family. TCEAL1 shares sequence homology with the RNAPII interaction domain of the TCEA/TFIIS elongation factor, which controls the fate of backtracked RNAPII. TCEAL1 stabilizes complexes of USP11 with USP7 and with RNAPII. TCEAL1 is recruited to core promoters when transcription elongation is blocked and globally enhances the chromatin association of RNAPII during early transcription. Mechanistically, the USP11/USP7/TCEAL1 complex competes with TFIIS for binding to core promoters and protects RPB8, an essential subunit of RNAPII, from degradation, likely preventing excessive TFIIS-mediated transcript cleavage and RNAPII disassembly. In neuroblastoma and other tumors, TCEAL1-dependent genes define a TGF beta-dependent gene expression program that is characteristic for mesenchymal and invasive tumor cell types, suggesting that the USP11/USP7/TCEAL1 trimer stabilizes RNAPII during early transcription to support a critical oncogenic gene expression program (190 words).