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MPS1定位于微管附着的着丝点,并积极促进微管释放

丹尼尔·海沃德,埃米尔·罗伯茨,Ulrike Gruneberg

预印本发布于2022年5月22日https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.23.493048v1

是什么从外着丝点的环境中释放有丝分裂激酶MPS1 ?这项工作挑战了以前的模型,并修正了我们目前对有丝分裂细胞中决定MPS1定位模式的调控机制的理解。

选择 Saanjbati Adhikari

背景

准确的DNA分离依赖于染色体和微管之间的适当连接。这些连接是由着丝粒介导的,着丝粒是一种组装在染色体外中心区域的大分子结构1).不正确或有缺陷的kinetochoret -微管连接可能导致子细胞之间染色体的不平等分裂,这种现象被称为非整倍体,这是几种癌症的特征(23..为了保持基因组的完整性,不正确的连接/未连接的着丝点会导致纺锤体组装检查点(SAC)的激活——一种活跃的信号通路——阻止细胞周期的进展,直到所有的染色体都正确结合(见1).SAC通过几个下游效应物调控对后期促进复合物/环体(APC/C)的抑制,包括单极轴1激酶(MPS1)。目前的错误纠正机制模型涉及到由丝氨酸/苏氨酸主控激酶Aurora B (45).MPS1催化有丝分裂检查点复合物(MCC)的形成,MCC直接抑制APC/C并阻止有丝分裂进程,直到所有染色体正确连接(6一旦建立了末端附件,微管在物理上与MPS1竞争外层着丝点上相同的结合位点,从外层着丝点释放出MPS1 (67).最近的研究表明,点沉默发生在微管占据部分的着丝点(89);因此,一个竞争模型不能完全解释MPS1从附着的动丝的环境中释放。

图1。MPS1的连续多靶点磷酸化激活有丝分裂检查点复合物的形成(改编自5).左侧是一对姐妹染色单体的示意图,其中一个未连接的着丝点被放大,以突出MPS1的活动。MPS1磷酸化外着丝点复合物Knl1的一个重要蛋白,在多个蛋氨酸-谷氨酸-亮氨酸-苏氨酸(MELT)基序(一个).这导致外着丝点上不受苯omyl - 3复合物(Bub1-Bub3)抑制的芽重新招募。MPS1进一步磷酸化cdk1磷酸化的Bub1 (b),然后再招募Mad1-Mad2复合体。然后MPS1磷酸化Mad1 (c),从而形成Mad1-Cdc20复合物(5这种二部复合体可以结合到BubR1 (Bub1的调节器),形成有丝分裂检查点复合体(MCC), MCC直接结合到APC/C,抑制底物识别(6).

在这项工作中,Hayward和同事修正了我们目前对有丝分裂细胞中MPS1定位调控机制的认识。与先前强调外着丝点上MPS1和微管之间竞争相同结合位点的模型相反,本研究的数据表明,外着丝点上MPS1的定位是由激酶-磷酸酶counter活性调控的的不连贯的“前馈回路。

主要发现:

  1. 首先,作者询问了MPS1对着丝粒的募集是否通过激酶和磷酸酶活性来调控,而不是与微管直接竞争外丝粒上的相同结合位点。他们发现,前中期细胞的着丝点可以同时与MPS1和微管结合。这些瞬态通过降低温度处理细胞,可以稳定相互作用。为了比较MPS1在附着着丝点和未附着着丝点上的定位,他们用STLC处理HeLa细胞,以产生单极纺锤体,即一个附着着丝点和一个未附着着丝点的姐妹丝点。当温度降低时,MPS1被证明在这些细胞的两个着丝点上定位相同。基于这些观察,他们认为微管并不与MPS1竞争与外着丝点蛋白的结合,而是存在一种瞬时状态,即MPS1和微管同时与着丝点结合。
  2. BUBR1直接与PP2A-B56相互作用并将其招募到外着丝点(10).PP2A-B56也调节未连接的着丝点上的MPS1活性(11).在这项研究中,抑制PP1和PP2磷酸酶显著增加了双导向的着丝点(染色体从相反的两极连接到微管)内源性MPS1的定位。此外,PP2A-B56与BUBR1相互作用的破坏导致MPS1定位在单极纺锤的连接和未连接的丝点上。这与内源性完整BUBR1的细胞相反,在这些细胞中,MPS1被选择性地招募到未附着的着丝点。总之,这些结果表明,bubr1结合的PP2A-B56的一个特定池可能负责使MPS1对微管附件敏感。
  3. 为了了解MPS1的自磷酸化是否会影响其着丝点定位,所有已知的MPS1 n端自磷酸化位点都被丙氨酸取代而沉默。这显著增加了未附着着丝点的内源性MPS1水平。然而,中期细胞的双取向动丝没有显示出缺乏自磷酸化位点的MPS1突变体的定位增加。因此,虽然自磷酸化调节了未连接的着丝点上的MPS1定位,但它并不负责从微管连接的着丝点释放MPS1。
  4. 为了探索Aurora B是否调控MPS1对连接的着丝点的招募,设计了一个二聚体模块(12).在HeLa细胞内源性表达GFP-MPS1的细胞中,该模块/盒允许雷帕霉素诱导Aurora B激酶传递到外着丝点蛋白Mis12。将Aurora B定位到双导向的着丝点,导致MPS1快速招募到外着丝点,与未连接着的着丝点上的MPS1水平相当。这表明,即使在染色体双定向的情况下,外着丝点的高极光B水平足以支持MPS1的定位和维护。
  5. 为了描述MPS1在纠错中的作用,作者在双定向细胞中通过雷帕霉素诱导的外着丝点靶向传递Aurora B来抑制MPS1。观察到未连接的着丝点的产生明显延迟,这表明MPS1在分辨不正确的微管-着丝点连接时是必要的。然后,他们通过共耗尽研究描述了MPS1比Aurora B抑制更有效地挽救PP2A抑制。这进一步支持了MPS1和PP2A-B56在调控和维持动丝微管附件中起拮抗作用的模型。总之,作者提出了一个模型,其中MPS1构成了一个新的前馈环:MPS1以极光b依赖的方式被招募到错误连接的着丝点上,其中MPS1催化检查点复合物并招募bubr1结合的PP2A-B56。纺锤体激活检查点的双定向和完成减弱了纺锤体上的AuroraB水平,这进一步导致bubr1招募的PP2A-B56池抵消了MPS1活性。这最终将MPS1从附着着的着丝点环境中释放出来,允许附着着的着丝点稳定和有丝分裂进展。

我喜欢这份工作的原因:

我最初对MPS1的热情源于各种各样的争议该主激酶在中期动丝点的定位模式及其在动丝点-微管连接的错误纠正机制中的作用。我的博士研究项目集中在微管和kinetodance相关的蛋白,Astrin,它通过与蛋白磷酸酶1 (PP1)的时空调控相互作用,被认为可以稳定染色体-微管附件。当我读到海沃德当前作品的摘要时et al .,2022年,我可以欣赏激酶-磷酸酶的相互作用,因为Astrin-PP1相互作用也调节一个精细调整的反馈回路(13).MPS1是纺锤体装配检查点的核心组成部分,因此揭示其在有丝分裂关键阶段的动态特性至关重要。在我看来,由于MPS1是几种癌症的重要预后生物标志物(14)。

我想问作者:

  1. Plk1和MPS1协同调控SAC的建立和维持(15).同样的研究表明,Plk1直接磷酸化MPS1在G2/M相变和早期有丝分裂期间,MPS1在着丝点的活性和周转率增加。我很好奇,您是否认为Plk1可能会影响MPS1在附着/双导向的着丝点上依赖于pp2a - b56的调控?
  2. 我们还知道,MPS1和Plk1协同磷酸化KNL1, KNL1是一种外着丝粒蛋白,对SAC信号组件募集到着丝粒至关重要(15).您认为在现有的模型中包括KNL1是否可以更全面地描绘出在“短暂”状态(当MPS1可以在微管附着的着丝点上找到时)中着丝点的状态?

参考文献

  1. 芝士曼,i.m.和德赛,A.微丝微管界面的分子结构。分子细胞生物学933-46(2008)。
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  3. Gui, P。et al。Mps1二聚以及与Ndc80复合物的多位点相互作用使响应性纺锤体组装检查点信号通路成为可能。分子细胞生物学杂志12, 486 - 498(2020)。
  4. Sudakin, V., Chan, G. K. T. & Yen, T. J. HeLa细胞APC/C检查点抑制是由BUBR1, BUB3, CDC20和MAD2复合物介导的。细胞生物学杂志154, 925 - 936(2001)。
  5. 吉中,高H,贾L.,李B.,于H.。序列多靶点Mps1磷酸化级联促进纺锤体检查点信号传导。eLife6e22513(2017)。
  6. 纪振宇,高慧,高慧,于慧萍,等。竞争性Mps1和微管结合Ndc80C介导的Kinetochore连接。科学348, 1260 - 1264(2015)。
  7. Hiruma Y。et al。着丝点上MPS1和微管之间的竞争调节纺锤体检查点信号。科学348, 1264 - 1267(2015)。
  8. Dudka D。et al。完全的微管-着丝点占据有利于merotelic附件的分离。Nat Commun92042(2018)。
  9. 哺乳动物的着丝点以一种敏感和类似开关的方式计数附着的微管。细胞生物学杂志218, 3583 - 3596(2019)。
  10. 克鲁斯,T。et al。BubR1和B56-PP2A磷酸酶复合物之间的直接结合调节有丝分裂进展。细胞科学杂志126, 1086 - 1092(2013)。
  11. 海沃德D。et al。检查点信号和纠错需要PP2A-B56对MPS1 t环进行调控。细胞生物学杂志218, 3188 - 3199(2019)。
  12. Mad1募集到中期的着丝点足以重新激活有丝分裂检查点。细胞生物学杂志204, 901 - 908(2014)。
  13. Song, X., Conti, D., Shrestha, R. L., Braun, D. & Draviam, V. M. Astrin-PP1和cyclinb - cdk1通路之间的对抗作用保护染色体微管附着,不受双取向的影响。Nat Commun127010(2021)。
  14. 谢元等。Mps1/TTK:一种新的癌症靶点和生物标志物。药物靶向杂志卷。25, 112 - 118(2017)。
  15. 冯·舒伯特C。et al。Plk1和Mps1协同调控人细胞纺锤体组装检查点细胞的报道12, 66 - 78(2015)。

发布日期:2022年8月17日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.32508

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