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The spindle assembly checkpoint (SAC) acts as a molecular safeguard in ensuring faithful chromosome transmission during mitosis, which is regulated by a complex interplay between phosphatases and kinases including PLK1. Adenomatous polyposis coli (APC) germline mutations cause aneuploidy and are responsible for familial adenomatous polyposis (FAP). Here we study the role of PLK1 in colon cancer cells with chromosomal instability promoted by APC truncation (APC-ΔC). The expression of APC-ΔC in colon cells reduces the accumulation of mitotic cells upon PLK1 inhibition, accelerates mitotic exit and increases the survival of cells with enhanced chromosomal abnormalities. The inhibition of PLK1 in mitotic, APC-∆C-expressing cells reduces the kinetochore levels of Aurora B and hampers the recruitment of SAC component suggesting a compromised mitotic checkpoint. Furthermore, Plk1 inhibition (RNAi, pharmacological compounds) promotes the development of adenomatous polyps in two independent ApcMin/+ mouse models. High PLK1 expression increases the survival of colon cancer patients expressing a truncated APC significantly.
Ligand stimulation of CD95 induces activation of Plk3 followed by phosphorylation of caspase-8
(2016)
Upon interaction of the CD95 receptor with its ligand, sequential association of the adaptor molecule FADD (MORT1), pro-forms of caspases-8/10, and the caspase-8/10 regulator c-FLIP leads to the formation of a death-inducing signaling complex. Here, we identify polo-like kinase (Plk) 3 as a new interaction partner of the death receptor CD95. The enzymatic activity of Plk3 increases following interaction of the CD95 receptor with its ligand. Knockout (KO) or knockdown of caspase-8, CD95 or FADD prevents activation of Plk3 upon CD95 stimulation, suggesting a requirement of a functional DISC for Plk3 activation. Furthermore, we identify caspase-8 as a new substrate for Plk3. Phosphorylation occurs on T273 and results in stimulation of caspase-8 proapoptotic function. Stimulation of CD95 in cells expressing a non-phosphorylatable caspase-8-T273A mutant in a rescue experiment or in Plk3-KO cells generated by CRISPR/Cas9 reduces the processing of caspase-8 prominently. Low T273 phosphorylation correlates significantly with low Plk3 expression in a cohort of 95 anal tumor patients. Our data suggest a novel mechanism of kinase activation within the Plk family and propose a new model for the stimulation of the extrinsic death pathway in tumors with high Plk3 expression.
The taxanes are effective microtubule-stabilizing chemotherapy drugs that inhibit mitosis, induce apoptosis, and produce regression in a fraction of cancers that arise at many sites including the ovary. Novel therapeutic targets that augment taxane effects are needed to improve clinical chemotherapy response in CCNE1-amplified high grade serous ovarian cancer (HGSOC) cells. In this study, we conducted an siRNA-based kinome screen to identify modulators of mitotic progression in CCNE1-amplified HGSOC cells that may influence clinical paclitaxel response. PLK1 is overexpressed in many types of cancer, which correlates with poor prognosis. Here, we identified a novel synthetic lethal interaction of the clinical PLK1 inhibitor BI6727 and the microtubule-targeting drug paclitaxel in HGSOC cell lines with CCNE1-amplification and elucidated the underlying molecular mechanisms of this synergism. BI6727 synergistically induces apoptosis together with paclitaxel in different cell lines including a patient-derived primary ovarian cancer culture. Moreover, the inhibition of PLK1 reduced the paclitaxel-induced neurotoxicity in a neurite outgrowth assay. Mechanistically, the combinatorial treatment with BI6727/paclitaxel triggers mitotic arrest, which initiates mitochondrial apoptosis by inactivation of anti-apoptotic BCL-2 family proteins, followed by significant loss of the mitochondrial membrane potential and activation of caspase-dependent effector pathways. This conclusion is supported by data showing that BI6727/paclitaxel-co-treatment stabilizes FBW7, a component of SCF-type ubiquitin ligases that bind and regulate key modulators of cell division and growth including MCL-1 and Cyclin E. This identification of a novel synthetic lethality of PLK1 inhibitors and a microtubule-stabilizing drug has important implications for developing PLK1 inhibitor-based combination treatments in CCNE1-amplified HGSOC cells.
Die wichtigste Aufgabe der mitotischen Spindel ist die genaue Segregation der duplizierten Chromosomen in der Mitose. Diese dynamische Struktur wird von sich teilenden Zellen gebildet, um die Bewegung der Chromosomen, das Markenzeichen der Mitose, zu dirigieren. Trotz aller Unterschiede in Form und Größe der Spindeln unterschiedlicher Zelltypen, haben alle eukaryontischen Spindeln fundamentale strukturelle Eigenschaften gemeinsam. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist die bipolare Symmetrie. Innerhalb der Spindel sind unterschiedliche Klassen der Mikrotubuli vorhanden, die durch ihre Organisation und durch ihre dynamischen Eigenschaften unterteilt sind. Alle Klassen der Mikrotubuli zeigen dynamische Instabilität. Dennoch weisen die Kinetochor-Mikrotubuli und die Spindel-Mikrotubuli zusätzlich ein anderes Verhalten auf, das als polwärts gerichteter Mikrotubuli-Flux ("Poleward Microtubule Flux") bezeichnet wird. Dabei werden die Tubulin-Untereinheiten stetig an den Plus-Enden der Mikrotubuli eingefügt und dann zu den Minus-Enden getragen, wo sie abgebaut werden. Dieser polwärts gerichtete Mikrotubuli-Flux ist für die Segregation der Chromosomen von großer Bedeutung. Mehrere regulatorische Proteine der Mikrotubuli, einschließlich der destabilisierenden und der depolymerisierenden Proteine, steuern die Dynamik dieser Mikrotubuli, um eine fehlerfreie Bildung der Spindel und eine korrekte Segregation der Chromosomen gewährleisten zu können. Die Kinesin-13 Familie der Depolymerasen gehört zu den prominentesten Modulatoren der Dynamik der Mikrotubuli. Das am Besten charakterisierte und intensiv studierte Mitglied dieser Familie ist das Protein KIF2C/MCAK. Aufgrund der unterschiedlichen Lokalisationen von MCAK während der Mitose, an den Spindelpolen, an den Chromosomen-Armen, an den Centromeren/Kinetochoren, kann MCAK eine Reihe an wichtigen Funktionen erzielen. Allerdings bleibt die Korrektur von Kinetochor-Mikrotubuli Fehlverknüpfungen die wichtigste Aufgabe von MCAK während der Mitose. Diese wesentliche Funktion steht unter der Kontrolle von Aurora B. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass MCAK während der Mitose auch von einem wichtigen Komplex, dem Cyclin B1/CDK1 Komplex, reguliert wird. In der Tat steuert die Kinase CDK1 sowohl die Lokalisation als auch die katalytische Aktivität von MCAK. Mit Hilfe einer systematischen Reihe an Experimenten konnte nachgewiesen werden, dass MCAK sowohl in vitro als auch in vivo von CDK1 phosphoryliert wird. CDK1 phosphoryliert den katalytischen Bereich von MCAK genau am Threonin 537 und führt zu einer deutlichen Abnahme der Depolymerisierungsaktivität von MCAK in vitro und in humanen Zellen. Diese Inhibition erfolgt wahrscheinlich durch eine Reduzierung der Affinität von MCAK zu den Mikrotubuli-Enden. Die Expression der Phosphostatus-vortäuschenden Mutante T537E in HeLa-Zellen verursachte eine fehlerhafte Verteilung der Chromosomen in der Mitose. Die Chromosomen waren in Anwesenheit der T537E Mutante nicht mehr in der Lage, sich auf der Metaphaseplatte anzuordnen. Darüber hinaus führte die Expression von T537E zu einer signifikanten Reduzierung des centromerischen Abstandes, was auf eine Anhäufung von Kinetochor-Mikrotubuli Fehlverknüpfungen hindeutet. Ferner zeigt die Expression der nichtphosphorylierbaren Mutante T537A in den HeLa-Zellen eine verstärkte Lokalisation an den Spindelpolen, was zum Auftreten von erheblichen Spindel-Aberrationen führte. Basierend auf den Daten der vorliegenden Arbeit wurde ein Modell entwickelt, in dem die Phosphorylierung von MCAK durch CDK1 früh in der Mitose stattfinden muss, um einerseits MCAK zu inaktivieren und andererseits diese Depolymerase aus den Spindelpolen zu verdrängen. Beide Ereignisse sind für den Aufbau einer bipolaren Spindel unentbehrlich. Zu späteren Zeitpunkten der Mitose muss das Threonin 537 dephosphoryliert werden, um eine Reaktivierung von MCAK an den Centrosomen/Kinetochoren zu ermöglichen. Dies wird die Korrektur-Funktion für Kinetochor-Mikrotubuli Fehlverknüpfungen von MCAK wiederherstellen, was eine korrekte Anordnung der Chromosomen auf der Metaphaseplatte fördert.