B Spindle Assembly Checkpoint (SAC)
spindle assembly checkpoint (SAC) jest biochemicznym szlakiem, który może opóźnić przejście metafazy do anafazy w obecności niezwiązanych kinetochorów i prawdopodobnie braku napięcia w siostrzanych kinetochorach (Li i Nicklas, 1995; Musacchio and Salmon, 2007; Rieder et al., 1995; Rudner and Murray, 1996). Różne geny i odpowiadające im białka, które działają w ramach szlaku SAC zostały początkowo zidentyfikowane w ekranach genetycznych drożdży., Ekrany te ujawniły sześć genów niezbędnych do funkcji SAC, MAD1-3 (zatrzymanie mitotyczne wadliwe), BUB1, BUB3 (budding uninhibited przez benomyl) i MPS1 (wrzeciona monopolarne) (Hardwick and Murray, 1995; Hoyt et al., 1991; Li and Murray, 1991; Roberts et al., 1994; Weiss and Winey, 1996; Winey et al., 1991). Późniejsze badania zidentyfikowały homology u wyższych eukariotów, w których MAD3 jest określany jako BUBR1.
Po wejściu mitotycznym SAC jest aktywny (Chodjakov and Rieder, 2009) i jest utrzymywany w stanie aktywnym tak długo, jak obecne są niezwiązane kinetochory., Zarówno Mad1, jak i Mad2 lokalizują się w niezwiązanych kinetochorach (Howell et al., 2004; Shah et al., 2004; Waters et al., 1998), a interakcja między Mad1 i Mad2 daje zmianę konformacyjną w Mad2 (DeAntoni et al., 2005), doprowadzając go do związania i sekwestra Cdc20 (Fang et al., 1998; Hwang et al., 1998; Kim i in., 1998), aktywator kompleksu promującego anafazę lub cyklosom (APC/C) (Hwang et al., 1998; Kim i in., 1998; Li et al., 1997). Dodatkowo Bub1 i BubR1 (MAD3 w drożdżach) są rekrutowane do kinetochorów bez napięcia (Skoufias et al.,, 2001), gdzie dalej wchodzą w interakcję z Mad2 tworząc kompleks mitotycznego punktu kontrolnego (Sudakin et al., 2001; Tang et al., 2001), który również hamuje APC/C. APC / C jest ligazą ubikwitynową E3, która taguje specyficzne substraty do degradacji przez proteasom. Dwa kluczowe substraty są białka Securin i Cyklina B, oba niezbędne do zakończenia mitozy (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Minshull et al., 1990; Peters, 2006; Whitfield et al., 1990; Zou et al., 1999)., Securin hamuje separazę enzymu, która jest niezbędna do rozszczepienia białek kohezynowych trzymających chromatydy siostrzane razem(Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Uhlmann et al., 1999). Tak więc degradacja securin prowadzi do aktywacji separazy, degradacji cohesin i rozdzielania chromatyd siostrzanych, co oznacza początek anafazy (Cohen-Fix et al., 1996; Funabiki et al., 1996; Zou et al., 1999). Degradacja cykliny B zapewni wtedy mitotyczne wyjście i zakończenie podziału komórki.,
dysfunkcja SAC niezmiennie prowadzi do błędnej segregacji chromosomów, ponieważ powoduje, że komórki wchodzą w anafazę, zanim amfiteliczne przywiązanie może być osiągnięte przez wszystkie chromosomy albo przez przyspieszenie progresji mitotycznej lub przez spowodowanie, że komórki nie są w stanie opóźnić początku anafazy w obecności niezwiązanych kinetochorów (Meraldi et al., 2004). W konsekwencji przedwczesny początek anafazy wiąże się z szeregiem wad mitotycznych, w tym opóźnieniem chromosomów anafazy i segregacją obu chromatyd siostrzanych do tej samej komórki potomnej, które generują aneuploidię u potomstwa., W ten sposób mutacje w SAC geny mają potencjał odgrywać rolę w tumorigenesis i komórki nowotworowej kariotypowej różnorodności. Rzeczywiście, Cahill i współpracownicy zidentyfikowali mutację w genie SAC BUB1 w linii komórek CIN colorectal (Cahill et al., 1998) i postulował, że może to wyjaśniać CIN, które wcześniej obserwowano w rakach jelita grubego (Lengauer et al., 1997). Co ciekawe, mutacje BUB1 i BUBR1 zostały zidentyfikowane u niektórych osób dotkniętych mosaic variegated aneuploidy (MVA) (Hanks et al., 2004; Suijkerbuijk et al.,, 2010), zespół związany ze zwiększonym ryzykiem raka, w którym komórki somatyczne pacjentów wykazują wysoki poziom trisomii i monosomii (Kajii et al., 1998, 2001).
pomysł, że dysfunkcja SAC może odgrywać rolę w nowotworach wywołał wiele badań w modelach myszy. Ponieważ myszy SAC-null są zwykle śmiertelne w zarodkach, w badaniach tych wykorzystano myszy, które były haploinsufficient lub nosiły mutacje hipomorficzne w specyficznych genach SAC. Wyniki różniły się nieco i nie ujawniły wyraźnej korelacji między mutacjami w genach SAC, aneuploidii i guzowatości., Jednak w wielu przypadkach haploinsufficient lub zmutowanych zwierząt były bardziej podatne na rozwój albo spontaniczne (Iwanaga et al., 2007; Michel et al., 2001) lub rakotwórcze (Babu et al., 2003; Dai et al., 2004; Iwanaga i in., 2007; Jeganathan et al., 2007). Jeden wyjątek jest reprezentowany przez BubR1, którego mutacje nie powodują zwiększonej zachorowalności na nowotwory, ale raczej w fenotypach starzenia (Baker et al., 2004). Co ciekawe, nadekspresja różnych genów SAC znajduje się w komórkach nowotworowych (Yuan et al.,, 2006) i testy funkcjonalne nadekspresji Mad2 u myszy powodują 40-55% aneuploidalnych MEFS (mysie embrionalne fibroblasty) i 50% zachorowalności na nowotwory (Sotillo et al., 2007). Wyniki te sugerują, że szlak SAC musi być dokładnie zrównoważony, aby zapobiec aneuploidii. Alternatywnie, efekt ten może być specyficzny dla nadekspresji Mad2 i może być spowodowany innymi niezależnymi od SAC funkcjami białka (Weaver et al., 2008).
ze względu na początkową identyfikację mutacji genu kontrolnego w komórkach raka jelita grubego (Cahill et al.,, 1998) oraz wpływ mutacji genu SAC na nowotwory w modelach myszy, wielu badaczy podjęło szereg analiz mutacyjnych komórek nowotworowych o różnym pochodzeniu z myślą, że większość nowotworów wykazywałaby mutacje w genach SAC. Co zaskakujące, wiele z tych badań nie wykazało mutacji w genach SAC (Myrie et al., 2000; Saeki et al., 2002; Sato et al., 2000; Yamaguchi et al., 1999) i tylko kilka zidentyfikowanych mutacji w niewielkim fragmencie analizowanych linii komórkowych (Haruki et al., 2001B; Sato i in.,, 2000), wskazując na tezę, że mutacje w genach SAC mogą skutkować częstością błędnej segregacji chromosomów, która jest zbyt wysoka, aby mogła być zgodna z przeżywalnością komórek. Tak więc, chociaż mutacje SAC mogą powodować aneuploidię i w zasadzie wywoływać nowotwory( patrz wyżej), fakt, że mutacje genu SAC są w dużej mierze nieobecne w raku wskazuje, że nie przyczyniają się one znacząco do fenotypu CIN i różnorodności kariotypowej komórek nowotworowych.