Drosophila contains one (dCDK12) and humans contain two (hCDK12 and hCDK13) proteins that are the closest evolutionary relatives of yeast Ctk1, the catalytic subunit of the major elongation-phase C-terminal repeat domain (CTD) kinase in Saccharomyces cerevisiae , CTDK-I. However, until now, neither CDK12 nor CDK13 has been demonstrated to be a bona fide CTD kinase. Using Drosophila , we demonstrate that dCDK12 ( CG7597 ) is a transcription-associated CTD kinase, the ortholog of yCtk1. Fluorescence microscopy reveals that the distribution of dCDK12 on formaldehyde-fixed polytene chromosomes is virtually identical to that of hyperphosphorylated RNA polymerase II (RNAPII), but is distinct from that of P-TEFb (dCDK9 + dCyclin T). Chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments confirm that dCDK12 is present on the transcribed regions of active Drosophila genes. Compared with P-TEFb, dCDK12 amounts are lower at the 5′ end and higher in the middle and at the 3′ end of genes (both normalized to RNAPII). Appropriately, Drosophila dCDK12 purified from nuclear extracts manifests CTD kinase activity in vitro. Intriguingly, we find that cyclin K is associated with purified dCDK12, implicating it as the cyclin subunit of this CTD kinase. Most importantly, we demonstrate that RNAi knockdown of dCDK12 in S2 cells alters the phosphorylation state of the CTD, reducing its Ser2 phosphorylation levels. Similarly, in human HeLa cells, we show that hCDK13 purified from nuclear extracts displays CTD kinase activity in vitro, as anticipated. Also, we find that chimeric (yeast/human) versions of Ctk1 containing the kinase homology domains of hCDK12/13 (or hCDK9) are functional in yeast cells (and also in vitro); using this system, we show that a bur1 ts mutant is rescued more efficiently by a hCDK9 chimera than by a hCDK13 chimera, suggesting the following orthology relationships: Bur1 ↔ CDK9 and Ctk1 ↔ CDK12/13. Finally, we show that siRNA knockdown of hCDK12 in HeLa cells results in alterations in the CTD phosphorylation state. Our findings demonstrate that metazoan CDK12 and CDK13 are CTD kinases, and that CDK12 is orthologous to yeast Ctk1.

Abstract mTOR serves as a central regulator of cell growth and metabolism by forming two distinct complexes, mTORC1 and mTORC2. Although mechanisms of mTORC1 activation by growth factors and amino acids have been extensively studied, the upstream regulatory mechanisms leading to mTORC2 activation remain largely elusive. Here, we report that the pleckstrin homology (PH) domain of SIN1, an essential and unique component of mTORC2, interacts with the mTOR kinase domain to suppress mTOR activity. More importantly, PtdIns(3,4,5)P3, but not other PtdInsPn species, interacts with SIN1-PH to release its inhibition on the mTOR kinase domain, thereby triggering mTORC2 activation. Mutating critical SIN1 residues that mediate PtdIns(3,4,5)P3 interaction inactivates mTORC2, whereas mTORC2 activity is pathologically increased by patient-derived mutations in the SIN1-PH domain, promoting cell growth and tumor formation. Together, our study unravels a PI3K-dependent mechanism for mTORC2 activation, allowing mTORC2 to activate AKT in a manner that is regulated temporally and spatially by PtdIns(3,4,5)P3. Significance: The SIN1-PH domain interacts with the mTOR kinase domain to suppress mTOR activity, and PtdIns(3,4,5)P3 binds the SIN1-PH domain to release its inhibition on the mTOR kinase domain, leading to mTORC2 activation. Cancer patient–derived SIN1-PH domain mutations gain oncogenicity by loss of suppressing mTOR activity as a means to facilitate tumorigenesis. Cancer Discov; 5(11); 1194–209. ©2015 AACR. See related commentary by Yuan and Guan, p. 1127. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1111

Akt, also known as protein kinase B, plays key roles in cell proliferation, survival and metabolism. Akt hyperactivation contributes to many pathophysiological conditions, including human cancers, and is closely associated with poor prognosis and chemo- or radiotherapeutic resistance. Phosphorylation of Akt at S473 (ref. 5) and T308 (ref. 6) activates Akt. However, it remains unclear whether further mechanisms account for full Akt activation, and whether Akt hyperactivation is linked to misregulated cell cycle progression, another cancer hallmark. Here we report that Akt activity fluctuates across the cell cycle, mirroring cyclin A expression. Mechanistically, phosphorylation of S477 and T479 at the Akt extreme carboxy terminus by cyclin-dependent kinase 2 (Cdk2)/cyclin A or mTORC2, under distinct physiological conditions, promotes Akt activation through facilitating, or functionally compensating for, S473 phosphorylation. Furthermore, deletion of the cyclin A2 allele in the mouse olfactory bulb leads to reduced S477/T479 phosphorylation and elevated cellular apoptosis. Notably, cyclin A2-deletion-induced cellular apoptosis in mouse embryonic stem cells is partly rescued by S477D/T479E-Akt1, supporting a physiological role for cyclin A2 in governing Akt activation. Together, the results of our study show Akt S477/T479 phosphorylation to be an essential layer of the Akt activation mechanism to regulate its physiological functions, thereby providing a new mechanistic link between aberrant cell cycle progression and Akt hyperactivation in cancer.

Abstract Oncogene-induced replication stress generates endogenous DNA damage that activates cGAS/STING-mediated innate immune signaling and tumor suppression 1-3 . However, the mechanism for cGAS activation by endogenous DNA damage remains enigmatic, particularly given the constitutive inhibition of cGAS by high-affinity histone acidic patch (AP) binding 4-10 . Here we report an in vivo CRISPR screen that identified the DNA double strand break sensor Mre11 as a suppressor of mammary tumorigenesis induced by Myc overexpression and p53 deficiency. Mre11 antagonizes Myc-induced proliferation through cGAS/STING activation. Direct binding of the Mre11-Rad50-Nbn (MRN) complex to nucleosomes displaces cGAS from AP sequestration, which is required for DNA damage-induced cGAS mobilization and activation by cytosolic DNA. Mre11 is thereby essential for cGAS activation in response to oncogenic stress, cytosolic DNA transfection, and ionizing radiation. Furthermore, we show Mre11-dependent cGAS activation suppresses Myc-induced proliferation through ZBP1/RIPK3/MLKL-mediated necroptosis. In human triple-negative breast cancer, ZBP1 downregulation correlates with increased genome instability, decreased immune infiltration, and poor patient prognosis. These findings establish Mre11 as a critical link between DNA damage and cGAS activation that regulates tumorigenesis through ZBP1-dependent necroptosis. One-sentence summary Mre11 is required for cGAS activation during oncogenic stress and promotes ZBP1-dependent necroptosis.

Abstract It is known that small extracellular vesicles (sEVs) are released from cancer cells and contribute to cancer progression via crosstalk with recipient cells. We have previously reported that sEVs expressing the αVβ3 integrin, a protein upregulated in aggressive neuroendocrine prostate cancer (NEPrCa), contribute to neuroendocrine differentiation (NED) in recipient cells. Here, we examine the impact of αVβ3 expression on sEV protein content, density and function. sEVs used in this study were isolated by iodixanol density gradients and characterized by nanoparticle tracking analysis, immunoblotting and single vesicle analysis. Our proteomic profile of sEVs containing αVβ3 shows downregulation of typical effectors involved in apoptosis and necrosis and an upregulation of tumour cell survival factors compared to control sEVs. We also show that the expression of αVβ3 in sEVs causes a distinct reposition of EV markers (Alix, CD81, CD9) to a low‐density sEV subpopulation. This low‐density reposition is independent of extracellular matrix (ECM) protein interactions with sEVs. This sEV subset contains αVβ3 and an αVβ3 downstream effector, NgR2, a novel marker for NEPrCa. We show that sEVs containing αVβ3 are loaded with higher amounts of NgR2 as compared to sEVs that do not express αVβ3. Mechanistically, we demonstrate that sEVs containing NgR2 do not affect the sEV marker profile, but when injected in vivo intratumorally, they promote tumour growth and induce NED. We show that sEVs expressing NgR2 increase the activation of focal adhesion kinase (FAK), a known promoter of cancer cell proliferation, in recipient cells. We also show that NgR2 mimics the effect of sEVs containing αVβ3 since it displays increased growth of NgR2 transfectants in vivo, as compared to control cells. Overall, our results describe the changes that occur in cargo, density and functions of cancer cell‐derived sEVs containing the αVβ3 integrin and its effector, NgR2, without affecting the sEV tetraspanin profiles.

Ewing sarcoma is a pediatric bone and soft tissue tumor treated with chemotherapy, radiation, and surgery. Despite intensive multimodality therapy, ~50% patients eventually relapse and die of the disease due to chemoresistance. Here, using phospho-profiling, we find Ewing sarcoma cells treated with chemotherapeutic agents activate TAM (TYRO3, AXL, MERTK) kinases to augment Akt and ERK signaling facilitating chemoresistance. Mechanistically, chemotherapy-induced JAK1-SQ phosphorylation releases JAK1 pseudokinase domain inhibition allowing for JAK1 activation. This alternative JAK1 activation mechanism leads to STAT6 nuclear translocation triggering transcription and secretion of the TAM kinase ligand GAS6 with autocrine/paracrine consequences. Importantly, pharmacological inhibition of either JAK1 by filgotinib or TAM kinases by UNC2025 sensitizes Ewing sarcoma to chemotherapy in vitro and in vivo. Excitingly, the TAM kinase inhibitor MRX-2843 currently in human clinical trials to treat AML and advanced solid tumors, enhances chemotherapy efficacy to further suppress Ewing sarcoma tumor growth in vivo. Our findings reveal an Ewing sarcoma chemoresistance mechanism with an immediate translational value.