B Spindel Assembly Checkpoint (SAC)
Die Spindel assembly checkpoint (SAC) ist ein biochemischer Weg, der kann Verzögerung der metaphase zu anaphase übergang in die Gegenwart unattached kinetochores und ggf. fehlende Spannung über sister kinetochores (Li und Nicklas, 1995; Musacchio, und Salmon, 2007; Rieder et al., 1995; Rudner und Murray, 1996). Die verschiedenen Gene und entsprechenden Proteine, die innerhalb des SAC-Weges wirken, wurden zunächst in genetischen Bildschirmen von Hefe identifiziert., Diese Bildschirme zeigten sechs Gene, die für die SAC-Funktion notwendig waren, MAD1-3 (mitotischer Arrest defekt), BUB1, BUB3 (Knospung ungehemmt durch Benomyl) und MPS1 (Monopolarspindeln) (Hardwick und Murray, 1995; Hoyt et al., 1991; Li und Murray, 1991; Roberts et al., 1994; Weiss und Wein scheint, 1996; Wein scheint et al., 1991). Nachfolgende Studien haben Homologen in höheren Eukaryoten identifiziert, wobei MAD3 BUBR1 genannt wird.
Beim mitotischen Eintritt ist der SAC aktiv (Khodjakov und Rieder, 2009) und wird in einem aktiven Zustand gehalten, solange nicht angebrachte Kinetochoren vorhanden sind., Sowohl Mad1 als auch Mad2 lokalisieren bei nicht angeschlossenen Kinetochores (Howell et al., 2004; Shah et al., 2004; Waters et al. 1998) und die Interaktion zwischen Mad1 und Mad2 verleiht eine Konformationsänderung in Mad2 (DeAntoni et al., 2005), treibt es an und Sequester Cdc20 zu binden (Fang et al., 1998; Hwang et al., 1998; Kim et al., 1998), eine Aktivierung des anaphase promoting complex oder cyclosome (APC/C) (Hwang et al., 1998; Kim et al., 1998; Li et al., 1997). Zusätzlich werden Bub1 und BubR1 (MAD3 in Hefe) zu spannungslosen Kinetochoren rekrutiert (Skoufias et al.,, 2001), wo sie weiter mit Mad2 interagieren und den mitotischen Checkpoint-Komplex bilden (Sudakin et al., 2001; Tang et al. APC/C ist eine E3-Ubiquitinligase, die spezifische Substrate für den Abbau durch das Proteasom markiert. Zwei Schlüsselsubstrate sind die Proteine Securin und Cyclin B, die beide für den Abschluss der Mitose notwendig sind (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Minshull et al., 1990; Peters, 2006; Whitfield et al., 1990; Zou et al., 1999)., Securin hemmt das Enzym Separase, das notwendig ist, um die Cohesin-Proteine zu spalten, die die Schwesterchromatide zusammenhalten (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Uhlmann et al., 1999). Somit führt der Abbau von Securin zur Aktivierung von Separase, Abbau von Cohesin und Schwesterchromatidtrennung, was einen Beginn der Anaphase markiert (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Zou et al., 1999). Der Abbau von Cyclin B gewährleistet dann den mitotischen Austritt und den Abschluss der Zellteilung.,
Eine SAC-Dysfunktion führt ausnahmslos zu einer Fehlregation der Chromosomen, da dadurch Zellen in die Anaphase gelangen, bevor eine amphitelische Anheftung von allen Chromosomen entweder durch Beschleunigung des mitotischen Fortschreitens oder durch die Unfähigkeit der Zellen erreicht werden kann, den Beginn der Anaphase in Gegenwart von ungebundenen Kinetochoren zu verzögern (Meraldi et al., 2004). Infolgedessen ist der Beginn der frühreifen Anaphase mit einer Reihe von mitotischen Defekten verbunden, einschließlich Anaphase-verzögerten Chromosomen und Segregation beider Schwesterchromatiden zu derselben Tochterzelle, die bei den Nachkommen Aneuploidie erzeugen., Somit haben Mutationen in SAC-Genen das Potenzial, eine Rolle bei der Tumorigenese und der karyotypischen Vielfalt von Krebszellen zu spielen. Tatsächlich identifizierten Cahill und Kollegen eine Mutation im SAC-Gen BUB1 in einer CIN-kolorektalen Zelllinie (Cahill et al., 1998) und postulierte, dass dies das CIN erklären könnte, das zuvor bei Darmkrebs beobachtet worden war (Lengauer et al., 1997). Interessanterweise wurden BUB1-und BUBR1-Mutationen bei einigen Individuen identifiziert, die von mosaikfarbener Aneuploidie (MVA) betroffen sind (Hanks et al., 2004; Suijkerbuijk et al.,, 2010), ein Syndrom, das mit einem erhöhten Krebsrisiko einhergeht und bei dem die somatischen Zellen der Patienten hohe Trisomien und Monosomien aufweisen (Kajii et al., 1998, 2001).
Die Idee, dass SAC-Dysfunktion eine Rolle bei der Tumorigenese spielen kann, veranlasste eine Reihe von Studien an Mausmodellen. Da SAC-Null-Mäuse normalerweise embryonal tödlich sind, verwendeten diese Studien Mäuse, die entweder haploinsufficient waren oder hypomorphe Mutationen in bestimmten SAC-Genen trugen. Die Ergebnisse variierten etwas und zeigten keine klare Korrelation zwischen Mutationen in SAC-Genen, Aneuploidie und Tumorigenese., In vielen Fällen waren die haploinsufficient oder mutierten Tiere jedoch anfälliger für spontane Entwicklung (Iwanaga et al., 2007; Michel et al., 2001) oder Karzinogen-induzierten (Babu et al., 2003; Dai et al., 2004; Iwanaga et al., 2007; Jeganathan et al., 2007) Tumoren im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen. Eine Ausnahme bildet BubR1, dessen Mutationen nicht zu einer erhöhten Tumorinzidenz, sondern eher zu Seneszenzphänotypen führen (Baker et al., 2004). Interessanterweise findet sich in Krebszellen eine Überexpression verschiedener SAC-Gene (Yuan et al.,, 2006) und Funktionstests der Mad2-Überexpression bei Mäusen führen zu 40-55% aneuploiden MEFs (mausembryonale Fibroblasten) und einer 50% igen Tumorinzidenz (Sotillo et al., 2007). Diese Ergebnisse legen nahe, dass der SAC-Weg fein ausbalanciert sein muss, um Aneuploidie zu verhindern. Alternativ kann dieser Effekt spezifisch für die Mad2-Überexpression sein und auf andere SAC-unabhängige Funktionen des Proteins zurückzuführen sein (Weaver et al., 2008).
Aufgrund der anfänglichen Identifizierung einer Checkpoint-Genmutation in Darmkrebszellen (Cahill et al.,, 1998) und die Auswirkungen, die SAC-Genmutationen auf die Tumorigenese in Mausmodellen haben, begannen viele Forscher mit einer Reihe von Mutationsanalysen von Krebszellen unterschiedlicher Herkunft mit der Idee, dass die meisten Krebsarten Mutationen in SAC-Genen aufweisen würden. Überraschenderweise fanden viele dieser Studien keine Mutationen in SAC-Genen (Myrie et al., 2000; Saeki et al., 2002; Sato et al., 2000; Yamaguchi et al., 1999) und nur wenige identifizierte Mutationen in einem kleinen Bruchteil der analysierten Zelllinien (Haruki et al., 2001; Sato et al.,, 2000), auf die Idee hinweist, dass Mutationen in SAC-Genen zu Raten der Chromosomenverfälschung führen können, die zu hoch sind, um mit dem Zellüberleben vereinbar zu sein. Obwohl SAC-Mutationen Aneuploidie verursachen und im Prinzip Tumore induzieren können (siehe oben), weist die Tatsache, dass SAC-Genmutationen bei Krebs weitgehend fehlen, darauf hin, dass sie nicht signifikant zum CIN-Phänotyp und zur karyotypischen Vielfalt von Krebszellen beitragen.