Solving Pseudokinases Mutations of the protein kinase LKB1 are associated with cancer in humans. Many kinases are activated by phosphorylation, but LKB1 is activated by STRADα, a pseudokinase that is similar to protein kinases and binds ATP, but does not phosphorylate substrates. By solving the crystal structure of an activating complex containing LKB, Zeqiraj et al. (p. 1707 , published online 5 November) show that STRADα works with another protein, MO25α, to hold LKB1 in an active conformation. The results may help explain the evolutionary origin of pseudokinases, the biological roles of other pseudokinases, and the mechanisms of disease-causing mutations in LKB1.

The ubiquitin system regulates virtually all aspects of cellular function. We report a method to target the myriad enzymes that govern ubiquitination of protein substrates. We used massively diverse combinatorial libraries of ubiquitin variants to develop inhibitors of four deubiquitinases (DUBs) and analyzed the DUB-inhibitor complexes with crystallography. We extended the selection strategy to the ubiquitin conjugating (E2) and ubiquitin ligase (E3) enzymes and found that ubiquitin variants can also enhance enzyme activity. Last, we showed that ubiquitin variants can bind selectively to ubiquitin-binding domains. Ubiquitin variants exhibit selective function in cells and thus enable orthogonal modulation of specific enzymatic steps in the ubiquitin system.

Abstract Background Activation of Type I IFN response has been shown to correlates with disease activity in systemic sclerosis. It is currently unknown whether the tissue-specific Type I IFN activation is a consequence of the response observed in blood or rather its source. Exosomes from SSc fibroblasts were recently shown to activate macrophages in vitro . Here, we aimed to determine the source of Type I IFN signature in SSc skin biopsies and the potential role of exosomes from SSc dermal fibroblasts in the process. Methods Skin biopsies were obtained from healthy and SSc patients’ forearms and processed for dermal fibroblasts and keratinocytes. Exosomes were isolated from healthy and SSc dermal fibroblast supernatants by ultracentrifugation and added to human skin keratinocytes. Keratinocyte transcriptome was analysed by RNA-seq analysis. TANK-binding kinase (TBK) and JAK were inhibited using a small molecule inhibitor (GSK8612) and Tofacitinib, respectively. Results SSc skin biopsies showed highest levels of Type I IFN response in the epidermal layer. RNA-seq analysis of keratinocytes transcriptome following exposure to dermal fibroblast exosomes showed strong upregulation of IFN signature genes induced by SSc exosomes compared to Healthy control. Inhibition of TBK or JAK activity suppressed the upregulation of the IFN signature induced by SSc exosomes. Conclusion IFN activation of SSc keratinocytes is dependent on their crosstalk with dermal fibroblasts and inducible by extracellular exosomes. Our data indicates that SSc fibroblasts exosomes may carry the ‘‘signal zero’’ of local Type I IFN activation through activation of pattern recognition receptors upstream of TBK. Key Messages SSc patient skin exhibit a type 1 IFN signature with keratinocytes being the major source of the signature Cross talk between the fibroblasts and keratinocytes through exosomes may be signal zero for the type 1 IFN signature Blocking JAK in the keratinocytes with Tofacitinib disrupts the type 1 IFN signature

Abstract Glycogen is the major glucose reserve in eukaryotes, and defects in glycogen metabolism and structure lead to disease. Glycogenesis involves interaction of glycogenin (GN) with glycogen synthase (GS), where GS is activated by glucose-6-phosphate (G6P) and inactivated by phosphorylation. We describe the 2.6 Å resolution cryo-EM structure of phosphorylated human GS revealing an autoinhibited GS tetramer flanked by two GN dimers. Phosphorylated N- and C-termini from two GS protomers converge near the G6P-binding pocket and buttress against GS regulatory helices. This keeps GS in an inactive conformation mediated by phospho-Ser641 interactions with a composite “arginine cradle”. Structure-guided mutagenesis perturbing interactions with phosphorylated tails led to increased basal/unstimulated GS activity. We propose that multivalent phosphorylation supports GS autoinhibition through interactions from a dynamic “spike” region, allowing a tuneable rheostat for regulating GS activity. This work therefore provides new insights into glycogen synthesis regulation and facilitates studies of glycogen-related diseases.

ABSTRACT Chromatin association of the BRCA1-BARD1 heterodimer is critical to promote homologous recombination repair of DNA double-strand breaks (DSBs) in S/G2. How the BRCA1-BARD1 complex interacts with chromatin that contains both damage induced histone H2A ubiquitin and inhibitory H4AK20 methylation is not fully understood. We characterised BRCA1-BARD1 binding and enzymatic activity to an array of mono- and di-nucleosome substrates using biochemical, structural, and single molecule imaging approaches. We find that the BRCA1-BARD1 complex preferentially interacts and modifies di-nucleosomes over mono-nucleosomes, allowing integration of H2A Lys-15 ubiquitylation signals with other chromatin modifications and features. Using high speed-AFM to provide real-time visualization of BRCA1-BARD1 complex recognising chromatin, we show a highly dynamic complex that bridges two nucleosomes and associates with the DNA linker region. Bridging is aided by multivalent cross-nucleosome interactions that enhance BRCA1-BARD1 E3 ubiqiutin ligase catalytic activity. Multivalent interactions across nucleosomes explains how BRCA1-BARD1 can recognize chromatin that retains partial di-methylation at H4 Lys-20 (H4K20me2), a parental histone mark that blocks BRCA1-BARD1 interaction with nucleosomes, to promote its enzymatic and DNA repair activities.

A functional primary cilium is essential for normal and regulated signalling. Primary ciliary defects cause a group of developmental conditions known as ciliopathies, but the precise mechanisms of signal regulation by the cilium remain unclear. Previous studies have implicated the ubiquitin proteasome system (UPS) in regulation of Wnt signalling at the ciliary basal body. Here, we provide mechanistic insight into ciliary ubiquitin processing in cells and for a ciliopathy mouse model lacking the ciliary protein Mks1. In vivo loss of Mks1 sensitizes cells to proteasomal disruption, leading to abnormal accumulation of ubiquitinated proteins. To substantiate a direct link between MKS1 and the UPS, we identified UBE2E1, an E2 ubiquitin-conjugating enzyme that polyubiquitinates β-catenin, and RNF34, an E3 ligase, as novel interactants of MKS1. UBE2E1 and MKS1 colocalized, particularly during conditions of ciliary resorption, and loss of UBE2E1 recapitulates the ciliary and Wnt signalling phenotypes observed during loss of MKS1. Levels of UBE2E1 and MKS1 are co-dependent and UBE2E1 mediates both regulatory and degradative ubiquitination of MKS1. Furthermore, we demonstrate that processing of phosphorylated β-catenin occurs at the ciliary base through the functional interaction between UBE2E1 and MKS1. These observations suggest that correct β-catenin levels are tightly regulated at the primary cilium by a ciliary-specific E2 (UBE2E1) and a regulatory substrate-adaptor (MKS1), confirming the fundamental role of UPS defects in the molecular pathogenesis of ciliopathies.

Deubiquitylases (DUBs) play a pivotal role in cell signalling and are often regulated by homo- or hetero-interactions within protein complexes. The BRCC36 isopeptidase complex (BRISC) regulates inflammatory signalling by selectively cleaving K63-linked polyubiquitin chains on Type I interferon receptors (IFNAR1). BRCC36 is a Zn2+-dependent JAMM/MPN DUB, a challenging ubiquitin protease class for the design of selective inhibitors. We identified first-in-class DUB inhibitors that act as BRISC molecular glues (BLUEs). BLUEs inhibit DUB activity by stabilising a BRISC dimer consisting of 16 subunits. The BLUE-stabilised BRISC dimer is an autoinhibited conformation, whereby the active sites and interactions with the recruiting subunit SHMT2 are blocked. This unique mode of action leads to highly selective inhibitors for BRISC over related complexes with the same catalytic subunit, splice variants and other JAMM/MPN DUBs. Structure-guided inhibitor resistant mutants confirm BLUEs on-target activity in cells, and BLUE treatment results in reduced interferon-stimulated gene (ISG) expression in human peripheral blood mononuclear cells from Scleroderma patients, a disease linked with aberrant IFNAR1 activation. BLUEs represent a new class of molecules with potential utility in Type I interferon-mediated diseases and a template for designing selective inhibitors of large protein complexes by promoting protein-protein interactions instead of blocking them.