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[англ.] (МИМ 603072) локализующейся в центросомах (Лампсон и др., 2004 г.)[5].
В раковых клетках экспрессия этих ферментов вызывает неравномерное распределение генетической информации, создавая анеуплоидные клетки, являющиеся отличительной чертой рака.
Необходимо проверить качество перевода, исправить содержательные и стилистические ошибки.
В 1998 году киназа Aurora B была обнаружена в организме человека с помощью скрининга полимеразной цепной реакции для киназ, которые сверхэкспрессируются при раке[6]. В том же году киназа Aurora B была идентифицирована у крыс посредством скрининга, разработанным для поиска киназ, которые изменяли пролиферацию S. cerevisiae при сверхэкспрессии[7].
Экспрессия и внутриклеточная локализация
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[6].
Aurora B является белкомхромосомного пассажира. В частности, Aurora В локализуется в хромосомах в профазе, в центромерах в прометафазе и метафазе[англ.] и центральном митотическом веретене деления в анафазе[8]. 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[9]. 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[англ.].
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[10]. INCENP стимулирует активность киназы Aurora B. Сурвивин может делать то же самое[11].
Для локализации Aurora B в центромерах в прометафазе и метафазе у млекопитающих требуется фосфорилирование кинетохоро-специфических гистонов — вариант H3 белка центромеры А (CENP-A)[12]. CENP-A связывается с центромерой и необходим для сборки кинетохор, фосфорилирования CENP-А вблизи серина 7 киназой Aurora A[англ.], рекрутирующего Aurora B для центромеры[13]. Aurora B, сама по себе, может также фосфорилировать CENP-A до того же остатка, когда будет рекрутирована (смотри ниже).
Кроме того, топоизомераза II[англ.] была вовлечена в регуляцию локализации Aurora B и ферментативной активности[14]. 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, связывается с белком связывающего конца 1 (EB1), белком, который регулирует динамику микротрубочек[15]. 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.
Ингибирование функций Aurora B с помощью РНК-интерференции[16] или микроинъекции блокирующих антител[17] 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[англ.] вложений (сестринских хроматидных пар, в которых обе сестры кинетохора прикреплены к микротрубочкам, исходящим из того же полюса веретена)[18]. Интересно, что экспрессия доминантно-негативной и каталитически неактивной формы Aurora В нарушает привязанность микротрубочек к кинетохорам и предотвращает объединение динеинного и центромерного белка Е[англ.] (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[12]. 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[19]. Aurora B, как было выявлено, рекрутирует MCAK для центромеры и непосредственно фосфорилирует MCAK до различных остатков[20]. 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[21].
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[20]. 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[22]. Эта модификация сохраняется от дрожжей (где известна как киназа Ipl1) до человека. Гистоны Н3, фосфорилированные Aurora B, предположительно, 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[23]. В этих клетках комплекс конденсина не локализуется в хромосомах надлежащим образом. Аналогичным образом, в C. elegans активность конденсина зависит от Aurora B в метафазе[24]. 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[25].
Aurora B локализуется в парных плечах гомологичных хромосом в метафазе I мейозаC. elegans и нарушает динамику микротрубочек в митозе[26]. Освобождение этой когезии, которая зависит от Aurora B, необходимо для прогрессирования к анафазе I и сегрегации гомологичных хромосом[27]. В митотических позвоночных B-лимфоцитах для собственной центромерной локализации связывающих партнеров ряда Aurora B требуется когезин[28].
В различных типах клеток избыточная экспрессия каталитически неактивной Aurora B предотвращает цитокинез[7]. Нарушения цитокинеза также могут возникнуть по причине нарушений локализации Aurora B из-за мутации её связывающих партнеров[29].
Aurora B нацелена на ряд белков, которые локализуются в бороздке расщепления[англ.], в том числе промежуточных филаментов типа III белков виментина[30], десмина и глиального фибриллярного кислого белка (GFAP[англ.])[31]. В целом, фосфорилирование дестабилизирует промежуточные филаменты. Таким образом, было предположено, что фосфорилирование промежуточных филаментов у бороздки расщепления дестабилизирует нити в процессе подготовки к цитокинезу[31]. 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[32].
Роль в сборке контрольной точки веретена деления
Сборка контрольной точки веретена деления[англ.] 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[18]. 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[33]. Aurora B может быть прямо или косвенно вовлечена в гиперфосфорилирование BubR1 в митозе в клетках дикого типа[34].
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[англ.][41][42].
↑Ryser S., Dizin E., Jefford C.E., Delaval B., Gagos S., Christodoulidou A., Krause K.H., Birnbaum D., Irminger-Finger I. Distinct roles of BARD1 isoforms in mitosis: full-length BARD1 mediates Aurora B degradation, cancer-associated BARD1beta scaffolds Aurora B and BRCA2 (англ.) // Cancer Res.[англ.] : journal. — 2009. — February (vol. 69, no. 3). — P. 1125—1134. — doi:10.1158/0008-5472.CAN-08-2134. — PMID19176389.
↑Wheatley S.P., Carvalho A., Vagnarelli P., Earnshaw W.C. INCENP is required for proper targeting of Survivin to the centromeres and the anaphase spindle during mitosis (англ.) // Curr. Biol. : journal. — 2001. — June (vol. 11, no. 11). — P. 886—890. — doi:10.1016/S0960-9822(01)00238-X. — PMID11516652.
↑Chen J., Jin S., Tahir S.K., Zhang H., Liu X., Sarthy A.V., McGonigal T.P., Liu Z., Rosenberg S.H., Ng S.C. Survivin enhances Aurora-B kinase activity and localizes Aurora-B in human cells (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2003. — January (vol. 278, no. 1). — P. 486—490. — doi:10.1074/jbc.M211119200. — PMID12419797.
↑Sampath S.C., Ohi R., Leismann O., Salic A., Pozniakovski A., Funabiki H. The chromosomal passenger complex is required for chromatin-induced microtubule stabilization and spindle assembly (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 2004. — July (vol. 118, no. 2). — P. 187—202. — doi:10.1016/j.cell.2004.06.026. — PMID15260989.
↑Gassmann R., Carvalho A., Henzing A.J., Ruchaud S., Hudson D.F., Honda R., Nigg E.A., Gerloff D.L., Earnshaw W.C. Borealin: a novel chromosomal passenger required for stability of the bipolar mitotic spindle (англ.) // J. Cell Biol.[англ.] : journal. — 2004. — July (vol. 166, no. 2). — P. 179—191. — doi:10.1083/jcb.200404001. — PMID15249581. — PMC2172304.
↑Delaval B., Ferrand A., Conte N., Larroque C., Hernandez-Verdun D., Prigent C., Birnbaum D. Aurora B -TACC1 protein complex in cytokinesis (англ.) // Oncogene. — 2004. — June (vol. 23, no. 26). — P. 4516—4522. — doi:10.1038/sj.onc.1207593. — PMID15064709.
↑Gürtler U., Tontsch-Grunt U., Jarvis M., Zahn S.K., Boehmelt G., Quant J., Adolf G.R., Solca F. Effect of BI 811283, a novel inhibitor of Aurora B kinase, on tumor senescence and apoptosis (англ.) // J. Clin. Oncol.[англ.] : journal. — 2010. — Vol. 28, no. 15 Suppl e13632.
↑Sorrentino R., Libertini S., Pallante P.L., Troncone G., Palombini L., Bavetsias V., Spalletti-Cernia D., Laccetti P., Linardopoulos S., Chieffi P., Fusco A., Portella G. Aurora B overexpression associates with the thyroid carcinoma undifferentiated phenotype and is required for thyroid carcinoma cell proliferation (англ.) // J. Clin. Endocrinol. Metab.[англ.] : journal. — 2005. — Vol. 90, no. 2. — P. 928—935. — doi:10.1210/jc.2004-1518. — PMID15562011.
Shindo M., Nakano H., Kuroyanagi H. et al. cDNA cloning, expression, subcellular localization, and chromosomal assignment of mammalian aurora homologues, aurora-related kinase (ARK) 1 and 2 (англ.) // Biochem. Biophys. Res. Commun. : journal. — 1998. — Vol. 244, no. 1. — P. 285—292. — doi:10.1006/bbrc.1998.8250. — PMID9514916.
Tatsuka M., Katayama H., Ota T. et al. Multinuclearity and increased ploidy caused by overexpression of the aurora- and Ipl1-like midbody-associated protein mitotic kinase in human cancer cells (англ.) // Cancer Res.[англ.] : journal. — 1998. — Vol. 58, no. 21. — P. 4811—4816. — PMID9809983.
Kimura M., Matsuda Y., Yoshioka T. et al. Identification and characterization of STK12/Aik2: a human gene related to aurora of Drosophila and yeast IPL1 (англ.) // Cytogenet. Cell Genet.[англ.] : journal. — 1999. — Vol. 82, no. 3—4. — P. 147—152. — doi:10.1159/000015089. — PMID9858806.
Katayama H., Ota T., Morita K. et al. Human AIM-1: cDNA cloning and reduced expression during endomitosis in megakaryocyte-lineage cells (англ.) // Gene[англ.] : journal. — Elsevier, 1999. — Vol. 224, no. 1—2. — P. 1—7. — doi:10.1016/S0378-1119(98)00522-8. — PMID9931403.
Prigent C., Gill R., Trower M., Sanseau P. In silico cloning of a new protein kinase, Aik2, related to Drosophila Aurora using the new tool: EST Blast (англ.) // In Silico Biol. (Gedrukt) : journal. — 2001. — Vol. 1, no. 2. — P. 123—128. — PMID11471245.
Wheatley S.P., Carvalho A., Vagnarelli P., Earnshaw W.C. INCENP is required for proper targeting of Survivin to the centromeres and the anaphase spindle during mitosis (англ.) // Curr. Biol. : journal. — 2001. — Vol. 11, no. 11. — P. 886—890. — doi:10.1016/S0960-9822(01)00238-X. — PMID11516652.
Zeitlin S.G., Shelby R.D., Sullivan K.F. CENP-A is phosphorylated by Aurora B kinase and plays an unexpected role in completion of cytokinesis (англ.) // J. Cell Biol.[англ.] : journal. — 2002. — Vol. 155, no. 7. — P. 1147—1157. — doi:10.1083/jcb.200108125. — PMID11756469. — PMC2199334.
Crosio C., Fimia G.M., Loury R. et al. Mitotic Phosphorylation of Histone H3: Spatio-Temporal Regulation by Mammalian Aurora Kinases (англ.) // Mol. Cell. Biol. : journal. — 2002. — Vol. 22, no. 3. — P. 874—885. — doi:10.1128/MCB.22.3.874-885.2002. — PMID11784863. — PMC133550.
Goto H., Yasui Y., Nigg E.A., Inagaki M. Aurora-B phosphorylates Histone H3 at serine28 with regard to the mitotic chromosome condensation (англ.) // Genes Cells[англ.] : journal. — 2002. — Vol. 7, no. 1. — P. 11—7. — doi:10.1046/j.1356-9597.2001.00498.x. — PMID11856369.
Gigoux V., L'Hoste S., Raynaud F. et al. Identification of Aurora kinases as RasGAP Src homology 3 domain-binding proteins (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2002. — Vol. 277, no. 26. — P. 23742—23746. — doi:10.1074/jbc.C200121200. — PMID11976319.
Sugiyama K., Sugiura K., Hara T. et al. Aurora-B associated protein phosphatases as negative regulators of kinase activation (англ.) // Oncogene : journal. — 2002. — Vol. 21, no. 20. — P. 3103—3111. — doi:10.1038/sj.onc.1205432. — PMID12082625.
Chen J., Jin S., Tahir S.K. et al. Survivin enhances Aurora-B kinase activity and localizes Aurora-B in human cells (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2003. — Vol. 278, no. 1. — P. 486—490. — doi:10.1074/jbc.M211119200. — PMID12419797.
Morrison C., Henzing A.J., Jensen O.N. et al. Proteomic analysis of human metaphase chromosomes reveals topoisomerase II alpha as an Aurora B substrate (англ.) // Nucleic Acids Res. : journal. — 2002. — Vol. 30, no. 23. — P. 5318—5327. — doi:10.1093/nar/gkf665. — PMID12466558. — PMC137976.
Kawajiri A., Yasui Y., Goto H. et al. Functional Significance of the Specific Sites Phosphorylated in Desmin at Cleavage Furrow: Aurora-B May Phosphorylate and Regulate Type III Intermediate Filaments during Cytokinesis Coordinatedly with Rho-kinase (англ.) // Molecular Biology of the Cell : journal. — 2003. — Vol. 14, no. 4. — P. 1489—1500. — doi:10.1091/mbc.E02-09-0612. — PMID12686604. — PMC153117.
Minoshima Y., Kawashima T., Hirose K. et al. Phosphorylation by aurora B converts MgcRacGAP to a RhoGAP during cytokinesis (англ.) // Dev. Cell[англ.] : journal. — 2003. — Vol. 4, no. 4. — P. 549—560. — doi:10.1016/S1534-5807(03)00089-3. — PMID12689593.
Tien A.C., Lin M.H., Su L.J. et al. Identification of the substrates and interaction proteins of aurora kinases from a protein-protein interaction model (англ.) // Mol. Cell Proteomics : journal. — 2004. — Vol. 3, no. 1. — P. 93—104. — doi:10.1074/mcp.M300072-MCP200. — PMID14602875.