Targeted protein degradation by the ubiquitin-proteasome system is an essential mechanism regulating cellular division. The kinase PLK1 coordinates protein degradation at the G2/M phase of the cell cycle by promoting the binding of substrates to the E3 ubiquitin ligase SCF-βTrCP. However, the magnitude to which PLK1 shapes the mitotic proteome has not been characterized. Combining deep, quantitative proteomics with pharmacologic PLK1 inhibition (PLK1i), we identified more than 200 proteins whose abundances were increased by PLK1i at G2/M. We validate many new PLK1-regulated proteins, including several substrates of the cell cycle E3 SCF-Cyclin F, demonstrating that PLK1 promotes proteolysis through at least two distinct SCF-family E3 ligases. Further, we found that the protein kinase A anchoring protein AKAP2 is cell cycle regulated and that its mitotic degradation is dependent on the PLK1/βTrCP-signaling axis. Interactome analysis revealed that the strongest interactors of AKAP2 function in signaling networks regulating proliferation, including MAPK, AKT, and Hippo. Altogether, our data demonstrate that PLK1 coordinates a widespread program of protein breakdown at G2/M. We propose that dynamic proteolytic changes mediated by PLK1 integrate proliferative signals with the core cell cycle machinery during cell division. This has potential implications in malignancies where PLK1 is aberrantly regulated.

The Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome (APC/C) is an E3 ubiquitin ligase and critical regulator of cell cycle progression. Despite its vital role, it has remained challenging to globally map APC/C substrates. By combining orthogonal features of known substrates, we predicted APC/C substrates in silico. This analysis identified many known substrates and suggested numerous candidates. Unexpectedly, chromatin regulatory proteins are enriched among putative substrates and we show that several chromatin proteins bind APC/C, oscillate during the cell cycle and are degraded following APC/C activation, consistent with being direct APC/C substrates. Additional analysis revealed detailed mechanisms of ubiquitylation for UHRF1, a key chromatin regulator involved in histone ubiquitylation and DNA methylation maintenance. Disrupting UHRF1 degradation at mitotic exit accelerates G1-phase cell cycle progression and perturbs global DNA methylation patterning in the genome. We conclude that APC/C coordinates crosstalk between cell cycle and chromatin regulatory proteins. This has potential consequences in normal cell physiology, where the chromatin environment changes depending on proliferative state, as well as in disease.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Spinal muscular atrophy (SMA) is caused by homozygous mutations in human SMN1 (survival motor neuron 1). Expression of a duplicate gene (SMN2) primarily results in skipping of exon 7 and production of an unstable protein isoform, SMNΔ7. Although SMN2 exon skipping is the principal contributor to SMA severity, mechanisms governing stability of SMN isoforms are poorly understood. We used a Drosophila model system and label-free proteomics to identify the SCFSlmb ubiquitin E3 ligase complex as a novel SMN binding partner. SCFSlmb interacts with a conserved phospho-degron embedded within the human and fruitfly SMN YG-box self-oligomerization domains. Substitution of a conserved serine (S270A) interferes with SCFSlmb binding and stabilizes SMNΔ7. SMA-causing missense mutations that block multimerization of full-length SMN are also stabilized in the degron mutant background. Overexpression of SMNΔ7S270A, but not wild-type SMNΔ7, provides a protective effect in SMA model mice and human motor neuron cell culture systems. Our findings support a model wherein the degron is largely exposed when SMN is monomeric, and sequestered when SMN forms higher-order multimers.

The CMG helicase (CDC45-MCM2-7-GINS) unwinds DNA as a component of eukaryotic replisomes. Replisome (dis)assembly is tightly coordinated with cell cycle progression to ensure genome stability. However, factors that prevent premature CMG unloading and replisome disassembly are poorly described. Since disassembly is catalyzed by ubiquitination, deubiquitinases (DUBs) represent attractive candidates for safeguarding against untimely and deleterious CMG unloading. We combined a targeted loss-of-function screen with quantitative, single-cell analysis to identify human USP37 as a key DUB preventing replisome disassembly. We demonstrate that USP37 maintains active replisomes on S-phase chromatin and promotes normal cell cycle progression. Proteomics and enzyme assays revealed USP37 interacts with the CMG complex to deubiquitinate MCM7, thus antagonizing replisome disassembly. Significantly, USP37 protects normal epithelial cells from oncoprotein-induced replication stress. Our findings reveal USP37 to be critical to the maintenance of replisomes in S-phase and suggest USP37-targeting as a potential strategy for treating malignancies with defective DNA replication control.

The ubiquitin-like protein ISG15 (interferon-stimulated gene 15) regulates the host response to bacterial and viral infections through its conjugation to proteins (ISGylation) following interferon production. ISGylation is antagonized by the highly specific cysteine protease USP18, which is the major deISGylating enzyme. However, mechanisms underlying USP18's extraordinary specificity towards ISG15 remains elusive. Here, we show that USP18 interacts with its paralog USP41, whose catalytic domain shares 97% identity with USP18. However, USP41 does not act as a deISGylase, which led us to perform a comparative analysis to decipher the basis for this difference, revealing molecular determinants of USP18's specificity towards ISG15. We found that USP18 C-terminus, as well as a conserved Leucine at position 198, are essential for its enzymatic activity and likely act as functional surfaces based on AlphaFold predictions. Finally, we propose that USP41 antagonizes conjugation of the understudied ubiquitin-like protein FAT10 (HLA-F adjacent transcript 10) from substrates in a catalytic-independent manner. Altogether, our results offer new insights into USP18's specificity towards ISG15, while identifying USP41 as a negative regulator of FAT10 conjugation.