HIPK2 Controls Cytokinesis through Histone H2B Phosphorylation at the Midbody

Abstract

HIPK2 is a multi-talented S/T kinase playing critical role in cell fate decision during development and in response to genotoxic damage. Here we show that HIPK2, together with its novel phosphorylation target H2B, is critically involved in the final steps of cytokinesis and its inactivation promotes tetra- and polyploidization. Starting from a mass–spec-based identification of H2B as HIPK2 interacting protein, we demonstrated that HIPK2 binds and phosphorylates H2B at S14 and both proteins localize at the midbody during cytokinesis. The midbody localization of HIPK2 and H2B-S14P is independent of the presence of chromatin in the cleavage plane, indicating a distinct role from the DDR activities of both HIPK2 and H2B proteins. Microscopic studies and live-cell imaging with HIPK2- proficient and -defective cells revealed that HIPK2 is not necessary for the midbody localization of H2B but is required for its S14 phosphorylation in this subcellular compartment. Furthermore, we discovered that HIPK2-deficiency prevents cell cleavage, leading to regression of the cleavage furrow and accumulation of bi- and multi-nucleated cells; alternatively, it causes persistence of the connections between daughter cells with the formation of LIBs and syncytia-like structures, supporting a main role of HIPK2 in abscission. We rescued all the observed cytokinesis defects by restoring wild-type HIPK2 expression in Hipk2-/- MEFs and, most strikingly, by expressing a phosphomimetic H2B-S14D derivative, thus showing that H2B-S14P is required for a faithful cytokinesis. Overall, our data point at the HIPK2/H2B interplay as an important regulator of the final step of cell division and uncover a novel HIPK2 function in the prevention of tetraploid cell formation.

HIPK2 è una serin/treonin chinasi che gioca un ruolo critico nella decisione del destino cellulare durante lo sviluppo e in risposta al danno genotossico. In questo lavoro dimostriamo che HIPK2, insieme al suo nuovo target di fosforilazione l’istone H2B, è coinvolto nella fase finale della citochinesi e la sua inattivazione promuove la tetra-poliploidizzazione. Partendo dall’identificazione, tramite massspec, di H2B come nuovo interattore di HIPK2, noi abbiamo dimostrato che HIPK2 lega e fosforila H2B sul residuo S14 (H2B-S14P) ed entrambe le proteine localizzano al midbody durante la citochinesi. Studi di microscopia e live-cell imaging hanno rivelato che HIPK2 non è necessario per la localizzazione di H2B al midbody ma è richiesto per la sua fosforilazione in S14 in questo compartimento subcellulare. Inoltre, abbiamo dimostrato che la soppressione di HIPK2 previene la divisione delle cellule, portando alla regressione del cleavage furrow e all’accumulo di cellule bi-e -multinucleate; inoltre causa una persistente connessione tra le due cellule figlie con la formazione dei LIBs e strutture syncytia-like, supportando un ruolo essenziale di HIPK2 nell’abscission. Inoltre abbiamo osservato il recupero dei difetti di citochinesi dopo aver restaurato l’espressione di HIPK2 wild-type in MEFs Hipk2-/- e maggiormente attraverso l’espressione di un derivato fosfomimetico H2B-S14D, dimostrando quindi che H2B-S14P è richiesto per una completa citochinesi. Insieme questi dati dimostrano che HIPK2/H2B sono importante regolatori della fase finale della divisione cellulare e una individuano una nuova funzione di HIPK2 nella prevenzione della formazione delle cellule tetraploidi.