B Spindle Assembly Checkpoint (SAC)
Il spindle assembly checkpoint (SAC) è un pathway biochimici che possono ritardare la metafase anafase di transizione in presenza di unattached cinetocori e, possibilmente, di mancanza di tensione tra sorella cinetocori (Li e Nicklas, 1995; Musacchio e Salmone, 2007; Rieder et al., 1995; Rudner e Murray, 1996). I vari geni e le proteine corrispondenti che agiscono all’interno della via SAC sono stati inizialmente identificati in schermi genetici di lievito., Questi schermi hanno rivelato sei geni necessari per la funzione SAC, MAD1-3 (arresto mitotico difettoso), BUB1, BUB3 (in erba disinibito da benomyl) e MPS1 (mandrini monopolari) (Hardwick e Murray, 1995; Hoyt et al., 1991; Li e Murray, 1991; Roberts et al., 1994; Weiss e Winey, 1996; Winey et al., 1991). Studi successivi hanno identificato omologhi in eucarioti superiori, in cui MAD3 è chiamato BUBR1.
All’ingresso mitotico, il SACCO è attivo (Khodjakov e Rieder, 2009), ed è mantenuto in uno stato attivo finché sono presenti cinetocori non collegati., Sia Mad1 che Mad2 si localizzano a cinetocori non collegati (Howell et al., 2004; Shah et al., 2004; Waters et al., 1998), e l’interazione tra Mad1 e Mad2 conferisce un cambiamento conformazionale in Mad2 (DeAntoni et al., 2005), guidandolo a legarsi e sequestrare Cdc20 (Fang et al., 1998; Hwang et al., 1998; Kim et al., 1998), un attivatore del complesso di promozione dell’anafase, o ciclosoma (APC / C) (Hwang et al., 1998; Kim et al., 1998; Li et al., 1997). Inoltre, Bub1 e BubR1 (MAD3 nel lievito) vengono reclutati in kinetochori senza tensione (Skoufias et al.,, 2001), dove interagiscono ulteriormente con Mad2 formando il complesso di checkpoint mitotico (Sudakin et al., 2001; Tang et al., 2001), che inibisce anche APC/C. APC/C è una ligasi ubiquitina E3 che etichetta substrati specifici per la degradazione da parte del proteasoma. Due substrati chiave sono le proteine Securina e Ciclina B, entrambe necessarie per il completamento della mitosi (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Minshull et al., 1990; Peters, 2006; Whitfield et al., 1990; Zou et al., 1999)., La securina inibisce l’enzima separasi, che è necessario per fendere le proteine della coesina che tengono insieme i cromatidi fratelli (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Uhlmann et al., 1999). Pertanto, la degradazione della securina porta all’attivazione della separasi, alla degradazione della coesina e alla separazione dei cromatidi fratelli, che segna l’insorgenza dell’anafasi (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Zou et al., 1999). La degradazione della ciclina B garantirà quindi l’uscita mitotica e il completamento della divisione cellulare.,
La disfunzione SAC porta invariabilmente alla mis-segregazione cromosomica perché induce le cellule ad entrare in anafase prima che l’attaccamento anfitelico possa essere raggiunto da tutti i cromosomi accelerando la progressione mitotica o rendendo le cellule incapaci di ritardare l’insorgenza dell’anafase in presenza di cinetocori non collegati (Meraldi et al., 2004). Di conseguenza, l’inizio precoce dell’anafase è associato con una serie di difetti mitotici, compreso i cromosomi in ritardo di anafase e la segregazione di entrambi i cromatidi della sorella alla stessa cellula figlia che generano l’aneuploidia nella progenie., Pertanto, le mutazioni nei geni SAC hanno il potenziale per svolgere un ruolo nella tumorigenesi e nella diversità cariotipica delle cellule tumorali. Infatti, Cahill e colleghi hanno identificato una mutazione nel gene SAC BUB1 in una linea cellulare colorettale CIN (Cahill et al., 1998) e postulato che questo potrebbe spiegare il CIN che era stato precedentemente osservato nei tumori del colon-retto (Lengauer et al., 1997). È interessante notare che le mutazioni di BUB1 e BUBR1 sono state identificate in alcuni individui affetti da aneuploidia variegata a mosaico (MVA) (Hanks et al., 2004; Suijkerbuijk et al.,, 2010), una sindrome associata ad un aumentato rischio di cancro e in cui le cellule somatiche dei pazienti mostrano alti livelli di trisomie e monosomie (Kajii et al., 1998, 2001).
L’idea che la disfunzione SAC possa avere un ruolo nella tumorigenesi ha indotto una serie di studi su modelli murini. Poiché i topi SAC-null sono di solito letali embrionali, questi studi hanno utilizzato topi che erano aploinsufficienti o portavano mutazioni ipomorfe in specifici geni SAC. I risultati variavano un po ‘ e non hanno rivelato una chiara correlazione tra mutazioni nei geni SAC, aneuploidia e tumorigenesi., Tuttavia, in molti casi gli animali aploinsufficienti o mutanti erano più inclini a svilupparsi spontaneamente (Iwanaga et al., 2007; Michel et al., 2001) o indotta da cancerogeni (Babu et al., 2003; Dai et al., 2004; Iwanaga et al., 2007; Jeganathan et al., 2007) tumori rispetto ai topi wild-type. Un’eccezione è rappresentata da BubR1, le cui mutazioni non comportano un aumento dell’incidenza tumorale ma piuttosto fenotipi di senescenza (Baker et al., 2004). È interessante notare che la sovraespressione di vari geni SAC si trova nelle cellule tumorali (Yuan et al.,, 2006) e test funzionali di sovraespressione Mad2 nei topi provocano 40-55% MEF aneuploidi (fibroblasti embrionali di topo) e un’incidenza tumorale del 50% (Sotillo et al., 2007). Questi risultati suggeriscono che la via SAC deve essere finemente bilanciata per prevenire l’aneuploidia. In alternativa, questo effetto può essere specifico per la sovraespressione Mad2 e può essere dovuto ad altre funzioni SAC-indipendenti della proteina (Weaver et al., 2008).
A causa dell’identificazione iniziale di una mutazione genetica del checkpoint nelle cellule tumorali del colon-retto (Cahill et al.,, 1998) e l’impatto che le mutazioni del gene SAC hanno sulla tumorigenesi nei modelli murini, molti ricercatori hanno intrapreso una serie di analisi mutazionali di cellule tumorali di diversa origine con l’idea che la maggior parte dei tumori mostrerebbe mutazioni nei geni SAC. Sorprendentemente, molti di questi studi non hanno trovato mutazioni nei geni SAC (Myrie et al., 2000; Saeki et al., 2002; Sato et al., 2000; Yamaguchi et al., 1999) e solo alcune mutazioni identificate in una frazione minore delle linee cellulari analizzate (Haruki et al., 2001b; Sato et al.,, 2000), indicando l’idea che le mutazioni nei geni SAC possono provocare tassi di mis-segregazione cromosomica che sono troppo alti per essere compatibili con la sopravvivenza cellulare. Pertanto, sebbene le mutazioni SAC possano causare aneuploidia e in linea di principio indurre tumori (vedi sopra), il fatto che le mutazioni del gene SAC siano in gran parte assenti nel cancro indica che non contribuiscono in modo significativo al fenotipo CIN e alla diversità cariotipica delle cellule tumorali.