Хромосомная сегрегация во время митоза, а также мейоза регулируется киназами и фосфатазами. Киназа Aurora ассоциирована с микротрубочками во время движения хромосом и их сегрегации. Киназа Aurora B локализуется в микротрубочках вблизи кинетохор, специально для специализированных микротрубочек, называемых K-волокнами, и киназы Aurora А[en] (МИМ 603072) локализующейся в центросомах (Лампсон и др., 2004 г.)[1].
В раковых клетках экспрессия этих ферментов вызывает неравномерное распределение генетической информации, создавая анеуплоидные клетки, являющиеся отличительной чертой рака.
В 1998 году киназа Aurora B была обнаружена в организме человека с помощью скрининга полимеразной цепной реакции для киназ, которые сверхэкспрессируются при раке[2]. В том же году киназа Aurora B была идентифицирована у крыс посредством скрининга, разработанным для поиска киназ, которые изменяли пролиферацию S. cerevisiae при сверхэкспрессии[3].
Экспрессия и внутриклеточная локализация
Киназа Aurora B (зелёный) локализуется зависимым от клеточного цикла образом. (ДНК показан синим)
Экспрессия и активность Aurora B регулируются в соответствии с клеточным циклом. Экспрессия Aurora B достигает максимума во время перехода G2-M, в то время как наибольшая активность белка Aurora B наблюдается во время митоза[2].
Aurora B является белкомхромосомного пассажира. В частности, Aurora В локализуется в хромосомах в профазе, в центромерах в прометафазе и метафазе[en] и центральном митотическом веретене деления в анафазе[4]. Эта локализация была определена путём косвенной иммунофлюоресценции клеток млекопитающих, Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster. Более детальный анализ локализации белка Aurora B был проведен в клетках млекопитающих, помечая Aurora B зеленым флуоресцентным белком[5]. Этот анализ показал, что объединение Aurora B с центромерой является динамическим (Aurora B около центромер постоянно обмениваясь с пулом цитоплазматической Aurora B). Анализ помеченных Aurora B также предполагает, что они ассоциируют с микротрубочками веретена деления во время анафазы митоза, и эта ассоциация значительно ограничивает её подвижность. Наконец, часть помеченой Aurora B локализована в экваториальной коре клеток, их транспортировка туда осуществляется с помощью астральных микротрубочек[en].
Регуляция Aurora B
Aurora B образует комплекс с тремя другими белками: сурвивином, бореалином и INCENP. Каждый из четырех компонентов комплекса требуется для надлежащей локализации и функционирования трех других[6]. INCENP стимулирует активность киназы Aurora B. Сурвивин может делать то же самое[7].
Для локализации Aurora B в центромерах в прометафазе и метафазе у млекопитающих требуется фосфорилирование кинетохоро-специфических гистонов — вариант H3 белка центромеры А (CENP-A)[8]. CENP-A связывается с центромерой и необходим для сборки кинетохор, фосфорилирования CENP-А вблизи серина 7 киназой Aurora A[en], рекрутирующего Aurora B для центромеры[9]. Aurora B, сама по себе, может также фосфорилировать CENP-A до того же остатка, когда будет рекрутирована (смотри ниже).
Кроме того, топоизомераза II[en] была вовлечена в регуляцию локализации Aurora B и ферментативной активности[10]. Эта регулирующая роль может быть непосредственно связана с ролью топоизомеразы II в расклинивании сестринских хроматид до анафазы. В обедненных топоизомеразой II клетках Aurora B и INCENP не перемещаются на центральное веретено деления в конце митоза. Вместо этого они остаются тесно взаимосвязаны с центромерой без отрыва сестринских хроматид. Кроме того, клетки с дефицитом топоизомеразы II представляют значительное снижение активности киназы Aurora B. Ингибирование Aurora B из-за потери топоизомеразы II, кажется, зависит от активности BubR1 (см. ниже)
Aurora B, как было выявлено, связываются с белком связывающего конца 1 (EB1), белком, который регулирует динамику микротрубочек[11]. Непрямая иммунофлуоресценция показала, что Aurora B и EB1 локализуются в анафазе в центральном веретене деления и в середине тела во время цитокинеза. Интересно, что избыточная экспрессия EB1 повышает активность киназы Aurora B, по крайней мере, отчасти потому, что EB1 блокирует дефосфорилирование/инактивация Aurora B с помощью белка фосфатазы 2А.
Роль в хромосомной биориентации
Исследования, проведенные в нескольких организмах, показывают, что у Aurora B регулирует биориентацию[en]хромосом, что гарантирует соответствующие соединения между микротрубочками веретена деления и кинетохорами.
Ингибирование функций Aurora B с помощью РНК-интерференции[12] или микроинъекции блокирующих антител[13] ухудшает выравнивание хромосом по экватору митотического веретена деления. Этот процесс выравнивания определяется как конгрессия хромосомы. Причина этого дефекта является предметом постоянного изучения. Ингибирование Aurora B может привести к увеличению количества синтелических[en] вложений (сестринских хроматидных пар, в которых обе сестры кинетохора прикреплены к микротрубочкам, исходящим из того же полюса веретена)[14]. Интересно, что экспрессия доминантно-негативной и каталитически неактивной формы Aurora В нарушает привязанность микротрубочек к кинетохорам и предотвращает объединение динеинного и центромерного белка Е[en] (CENP-E) с кинетохорами.
Многочисленные кинетохорные цели киназы Aurora были определены в организмах, начиная от дрожжей до человека. В частности, CENP-A это цель Aurora B[8]. Фосфорилирование CENP-А Aurora B достигает максимума в прометафазе. В самом деле, Aurora А нацелена на тот же сайт CENP-фосфорилирования, что и Aurora B и CENP-фосфорилирование с помощью Aurora A, как полагают, предшествуют аналогичному действию Aurora В. Таким образом, была предложена модель, в которой CENP-фосфорилирование с помощью Aurora A рекрутирует Aurora B для центромеры, которая поддерживает фосфорилирования CENP-А в петле положительной обратной связи. Как ни странно, мутация этого фосфорилирования в CENP-А приводит к дефектам в цитокинезе.
Aurora B также взаимодействует с митотическим центромерно-ассоциированным кинезином (MCAK). Как Aurora B, так и MCAK локализуются во внутренней центромере в прометафазе[15]. Aurora B, как было выявлено, рекрутирует MCAK для центромеры и непосредственно фосфорилирует MCAK до различных остатков[16]. Фосфорилирование MCAK Aurora B ограничивает способность MCAK к деполимеризации микротрубочек. Важно отметить, что ингибирование MCAK рядом подходов приводит к неправильному прикреплению к кинетохорам микротрубочек веретена деления[17].
Была выдвинута гипотеза, что напряженность, порожденная амфителической привязанностью (биориентация; привязанность сестринской кинетохоры к противоположным полюсам веретена) тянет сестринские кинетохоры друг от друга, таким образом, нарушая взаимодействие Aurora B в внутренней части центромеры с микротрубочками сайтов связывания волокнистой короны с внешним центромером. В частности, напряжение, генерирующее биориентацию, тянет MCAK вовне зоны локализации Aurora B[16]. Таким образом, митоз протекает на фоне биориентации и диссоциации Aurora B с её субстратами.
Роль в конденсации и когезии хромосом
Aurora B отвечает за фосфорилирование гистона-Н3 в серине 10 в митозе[18]. Эта модификация сохраняется от дрожжей (где известна как киназа Ipl1) до человека. Примечательно, гистоны Н3, фосфорилированные Aurora B, кажется, не несут ответственности за конденсацию хроматина. Хотя Aurora B обогащается в центромерах, она локализует диффузно весь хроматин.
В клетках дрозофилы истощение Aurora B нарушает структуру хромосом и уплотнения[19]. В этих клетках комплекс конденсина не локализуется в хромосомах надлежащим образом. Аналогичным образом, в C. elegans активность конденсина зависит от Aurora B в метафазе[20]. Однако в клеточных экстрактах Xenopus конденсин связывается и конденсация хромосом не зависит от Aurora B. Аналогично, после обработки клеток ингибитором фермента Aurora B (локализация Aurora B не влияет), комплекс конденсина локализуется нормально[21].
Aurora B локализуется в парных плечах гомологичных хромосом в метафазе I мейозаC. elegans и нарушает динамику микротрубочек в митозе[22]. Освобождение этой когезии, которая зависит от Aurora B, необходимо для прогрессирования к анафазе I и сегрегации гомологичных хромосом[23]. В митотических позвоночных B-лимфоцитах для собственной центромерной локализации связывающих партнеров ряда Aurora B требуется когезин[24].
В различных типах клеток избыточная экспрессия каталитически неактивной Aurora B предотвращает цитокинез[3]. Нарушения цитокинеза также могут возникнуть по причине нарушений локализации Aurora B из-за мутации её связывающих партнеров[25].
Aurora B нацелена на ряд белков, которые локализуются в бороздке расщепления[en], в том числе промежуточных филаментов типа III белков виментина[26], десмина и глиального фибриллярного кислого белка (GFAP[en])[27]. В целом, фосфорилирование дестабилизирует промежуточные филаменты. Таким образом, было предположено, что фосфорилирование промежуточных филаментов у бороздки расщепления дестабилизирует нити в процессе подготовки к цитокинезу[27]. В соответствии с этой гипотезой, мутация сайтов-мишеней Aurora B в белках промежуточных филаментов приводит к дефектам типа деформации нити и предотвращает заключительный этап цитокинеза.
Aurora B фосфорилирует также миозин II легкой регуляторной цепи в бороздке расщепления. Ингибирование активности Aurora B препятствует нормальному локализации миозина II для бороздки расщепления и разрушает организацию веретена деления в средней зоне[28].
Роль в сборке контрольной точки веретена деления
Сборка контрольной точки веретена деления[en] ингибирует прогрессирование митоза от анафазы к метафазе пока все пары сестринских хроматид обладают двойной ориентацией. Клетки, лишенные Aurora B, не блокируются в метафазе хромосомой, даже когда не хватает привязанности микротрубочек[14]. Следовательно, дефицит Aurora B приводит к прогрессированию перехода через анафазу, несмотря на наличие смещенных хромосом.
Aurora B может быть вовлечена в локализацию MAD2 и BubR1, белков, которые распознают правильность вложения в хромосомы микротрубочек веретена деления. Потеря Aurora B снижает концентрацию Mad2 и BubR1 в кинетохорах. В частности, Aurora B, кажется, отвечает за поддержание локализации Mad2 и BubR1 в кинетохорах после их первоначального рекрутирования, который происходит независимо от Aurora B[29]. Aurora B может быть прямо или косвенно вовлечена в гиперфосфорилирование BubR1 в митозе в клетках дикого типа[30].
Аномально повышенные уровни киназы Aurora B вызывают неравное хромосомное разделение во время клеточного деления, приводящие к образованию клеток с аномальным числом хромосом, которые одновременно являются причиной и продвигающей структурой рака.
Ингибирование киназы Aurora B с помощью BI811283 в раковых клетках приводит к образованию клеток с сильно аномальным числом хромосом (полиплоидных клеток). Парадоксально, ингибирование киназы Aurora B на самом деле порождает полиплоидные клетки, образованные для продолжения разделения. Однако, поскольку эти клетки имеют серьезные хромосомные аномалии, они в конечном счете прекращают деление или приводят к гибели клеток[en][37][38].
↑ Ryser S, Dizin E, Jefford CE, Delaval B, Gagos S, Christodoulidou A, Krause KH, Birnbaum D, Irminger-Finger I (February 2009). “Distinct roles of BARD1 isoforms in mitosis: full-length BARD1 mediates Aurora B degradation, cancer-associated BARD1beta scaffolds Aurora B and BRCA2”. Cancer Res. 69 (3): 1125–34. DOI:10.1158/0008-5472.CAN-08-2134. PMID19176389.
↑ Wheatley SP, Carvalho A, Vagnarelli P, Earnshaw WC (June 2001). “INCENP is required for proper targeting of Survivin to the centromeres and the anaphase spindle during mitosis”. Curr. Biol. 11 (11): 886–90. DOI:10.1016/S0960-9822(01)00238-X. PMID11516652.
↑ Chen J, Jin S, Tahir SK, Zhang H, Liu X, Sarthy AV, McGonigal TP, Liu Z, Rosenberg SH, Ng SC (January 2003). “Survivin enhances Aurora-B kinase activity and localizes Aurora-B in human cells”. J. Biol. Chem. 278 (1): 486–90. DOI:10.1074/jbc.M211119200. PMID12419797.
↑ Sampath SC, Ohi R, Leismann O, Salic A, Pozniakovski A, Funabiki H (July 2004). “The chromosomal passenger complex is required for chromatin-induced microtubule stabilization and spindle assembly”. Cell. 118 (2): 187–202. DOI:10.1016/j.cell.2004.06.026. PMID15260989.
↑ Delaval B, Ferrand A, Conte N, Larroque C, Hernandez-Verdun D, Prigent C, Birnbaum D (June 2004). “Aurora B -TACC1 protein complex in cytokinesis”. Oncogene. 23 (26): 4516–22. DOI:10.1038/sj.onc.1207593. PMID15064709.
↑ Gürtler U, Tontsch-Grunt U, Jarvis M, Zahn SK, Boehmelt G, Quant J, Adolf GR, Solca F (2010). “Effect of BI 811283, a novel inhibitor of Aurora B kinase, on tumor senescence and apoptosis”. J. Clin. Oncol. 28 (15 Suppl e13632).
↑ Sorrentino R, Libertini S, Pallante PL, Troncone G, Palombini L, Bavetsias V, Spalletti-Cernia D, Laccetti P, Linardopoulos S, Chieffi P, Fusco A, Portella G (2005). “Aurora B overexpression associates with the thyroid carcinoma undifferentiated phenotype and is required for thyroid carcinoma cell proliferation”. J. Clin. Endocrinol. Metab. 90 (2): 928—35. DOI:10.1210/jc.2004-1518. PMID15562011.
Литература
Nigg EA (2001). “Mitotic kinases as regulators of cell division and its checkpoints”. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2 (1): 21—32. DOI:10.1038/35048096. PMID11413462.
Shindo M, Nakano H, Kuroyanagi H; et al. (1998). “cDNA cloning, expression, subcellular localization, and chromosomal assignment of mammalian aurora homologues, aurora-related kinase (ARK) 1 and 2”. Biochem. Biophys. Res. Commun. 244 (1): 285—92. DOI:10.1006/bbrc.1998.8250. PMID9514916.
Tatsuka M, Katayama H, Ota T; et al. (1998). “Multinuclearity and increased ploidy caused by overexpression of the aurora- and Ipl1-like midbody-associated protein mitotic kinase in human cancer cells”. Cancer Res. 58 (21): 4811—6. PMID9809983.
Kimura M, Matsuda Y, Yoshioka T; et al. (1999). “Identification and characterization of STK12/Aik2: a human gene related to aurora of Drosophila and yeast IPL1”. Cytogenet. Cell Genet. 82 (3—4): 147—52. DOI:10.1159/000015089. PMID9858806.
Katayama H, Ota T, Morita K; et al. (1999). “Human AIM-1: cDNA cloning and reduced expression during endomitosis in megakaryocyte-lineage cells”. Gene. 224 (1—2): 1—7. DOI:10.1016/S0378-1119(98)00522-8. PMID9931403.
Prigent C, Gill R, Trower M, Sanseau P (2001). “In silico cloning of a new protein kinase, Aik2, related to Drosophila Aurora using the new tool: EST Blast”. In Silico Biol. (Gedrukt). 1 (2): 123—8. PMID11471245.
Wheatley SP, Carvalho A, Vagnarelli P, Earnshaw WC (2001). “INCENP is required for proper targeting of Survivin to the centromeres and the anaphase spindle during mitosis”. Curr. Biol. 11 (11): 886—90. DOI:10.1016/S0960-9822(01)00238-X. PMID11516652.
Goto H, Yasui Y, Nigg EA, Inagaki M (2002). “Aurora-B phosphorylates Histone H3 at serine28 with regard to the mitotic chromosome condensation”. Genes Cells. 7 (1): 11—7. DOI:10.1046/j.1356-9597.2001.00498.x. PMID11856369.
Gigoux V, L'Hoste S, Raynaud F; et al. (2002). “Identification of Aurora kinases as RasGAP Src homology 3 domain-binding proteins”. J. Biol. Chem. 277 (26): 23742—6. DOI:10.1074/jbc.C200121200. PMID11976319.
Sugiyama K, Sugiura K, Hara T; et al. (2002). “Aurora-B associated protein phosphatases as negative regulators of kinase activation”. Oncogene. 21 (20): 3103—11. DOI:10.1038/sj.onc.1205432. PMID12082625.
Chen J, Jin S, Tahir SK; et al. (2003). “Survivin enhances Aurora-B kinase activity and localizes Aurora-B in human cells”. J. Biol. Chem. 278 (1): 486—90. DOI:10.1074/jbc.M211119200. PMID12419797.
Minoshima Y, Kawashima T, Hirose K; et al. (2003). “Phosphorylation by aurora B converts MgcRacGAP to a RhoGAP during cytokinesis”. Dev. Cell. 4 (4): 549—60. DOI:10.1016/S1534-5807(03)00089-3. PMID12689593.
Tien AC, Lin MH, Su LJ; et al. (2004). “Identification of the substrates and interaction proteins of aurora kinases from a protein-protein interaction model”. Mol. Cell Proteomics. 3 (1): 93—104. DOI:10.1074/mcp.M300072-MCP200. PMID14602875.
Другой контент может иметь иную лицензию. Перед использованием материалов сайта WikiSort.ru внимательно изучите правила лицензирования конкретных элементов наполнения сайта.
2019-2025 WikiSort.ru - проект по пересортировке и дополнению контента Википедии