Mitotic regulation by Polo-like kinase 1 and the Chromosomal Passenger Complex

During mitosis, the duplicated genome must be accurately divided between two daughter cells. Polo-like kinase 1 (Plk1) and Aurora B kinase, together with its binding partners Incenp, Survivin and Borealin (chromosomal passenger complex, CPC), have key roles in coordinating mitotic events. The accuracy of cell division is safeguarded by a signaling cascade termed the mitotic spindle checkpoint (SC), which ensures that chromosomes are not physically separated before correct bipolar attachments have been formed between kinetochores and spindle microtubules (MT). An inhibitory “wait anaphase” signal, which delays chromosome separation (anaphase onset), is created at individual kinetochores and broadcasted throughout the cell in response to lack of kinetochore-microtubule (kMT) attachment or proper interkinetochore tension. It is believed that the fast turnover of SC molecules at kinetochores contributes to the cell’s ability to produce this signal and enables rapid responses to changing cellular conditions. Kinetochores that lack MT attachment and tension express a certain phosphoepitope called the 3F3/2 phosphoepitope, which has been linked to SC signaling. In the experimental part, we investigated the regulation of the 3F3/2 phosphoepitope, analyzed whether CPC molecules turn over at centromeres, and dissected the mitotic roles of the CPC using a microinjection technique that allowed precise temporal control over its function. We found that the kinetochore 3F3/2 phosphoepitope is created by Plk1, and that CPC proteins exhibit constant exchange at centromeres. Moreover, we found that CPC function is necessary in the regulation of chromatid movements and spindle morphology in anaphase. In summary, we identified new functions of key mitotic regulators Plk1 and CPC, and provided insighs into the coordination of mitotic events.

The effects of selective estrogen receptor modulators on the death of breast cancer cells and osteoblastic cells

Selektiivisten estrogeenireseptorin muuntelijoiden (serm) vaikutus rintasyöpäsolujen ja luun solujen kuolemaan Selektiiviset estrogeenireseptorin muuntelijat (SERMit) ovat ryhmä kemialliselta rakenteeltaan erilaisia yhdisteitä jotka sitoutuvat solunsisäisiin estrogeenireseptoreihin toimien joko estrogeenin kaltaisina yhdisteinä tai estrogeenin vastavaikuttajina. Tamoksifeeni on SERM –yhdiste, jota on jo pitkään käytetty estrogeenireseptoreita (ER) ilmentävän rintasyövän lääkehoidossa. Tamoksifeeni sekä estää rintasyöpäsolujen jakaantumista että toisaalta aikaansaa niiden apoptoosin eli ohjelmoidun solukuoleman muuntelemalla ER-välitteisesti kohdesolun geenien ilmentymistä. Viimeaikaiset tutkimustulokset ovat kuitenkin osoittaneet tamoksifeenilla olevan myös nopeampia, nongenomisia vaikutusmekanismeja. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme niitä nopeita vaikutusmekanismeja joiden avulla tamoksifeeni vaikuttaa rintasyöpäsolujen elinkykyyn. Osoitamme että tamoksifeeni farmakologisina pitoisuuksina aikaansaa nopean mitokondriaalisen solukuolemaan johtavan signallointireitin aktivoitumisen rintasyöpäsoluissa. Tämän lisäksi tutkimme myös tamoksifeenin aiheuttamaan mitokondriovaurioon johtavia tekijöitä. Tutkimustuloksemme osoittavat että ER-positiivisissa rintasyöpäsoluissa tamoksifeeni indusoi pitkäkestoisen ERK-kinaasiaktivaation, joka voidaan estää 17-beta-estradiolilla. Tamoksifeenin aikaansaama nopea solukuolema on pääosin ER:sta riippumaton tapahtuma, mutta siihen voidaan vaikuttaa myös ER-välitteisin mekanismein. Sen sijaan epidermaalisen kasvutekijäreseptorin (EGFR) voitiin osoittaa osallistuvan tamoksifeenin nopeiden vaikutusten välittämiseen. Tämän lisäksi vertailimme myös estradiolin ja eri SERM-yhdisteiden kykyä suojata apoptoosilta käyttämällä osteoblastiperäisiä soluja. Pytyäksemme vertailemaan ER-isotyyppien roolia eri yhdisteiden suojavaikutuksissa, transfektoimme U2OS osteosarkoomasolulinjan ilmentämään pysyvästi joko ERalfaa tai ERbetaa. Tulostemme mukaan sekä estradioli että uusi SERM-yhdiste ospemifeeni suojaavat osteoblastin kaltaisia soluja etoposidi-indusoidulta apoptoosilta. Sekä ERalfa että ERbeta pystyivät välittämään suojavaikutusta, joskin vaikutukset erosivat toisistaan. Lisäksi havaitsimme edellä mainitun suojavaikutuksen olevan yhteydessä muutoksiin solujen sytokiiniekspressiossa. Tietoa SERM-yhdisteiden anti-ja proapoptoottisten vaikutusmekanismeista eri kohdekudoksissa voidaan mahdollisesti hyödyntää kehiteltäessä uusia kudosspesifisiä SERM-yhdisteitä.

Pp2a: At The Crossroads Between Growth and Defence In Plants

Living organisms manage their resources in well evolutionary-preserved manner to grow and reproduce. Plants are no exceptions, beginning from their seed stage they have to perceive environmental conditions to avoid germination at wrong time or rough soil. Under favourable conditions, plants invest photosynthetic end products in cell and organ growth to provide best possible conditions for generation of offspring. Under natural conditions, however, plants are exposed to a multitude of environmental stress factors, including high light and insufficient light, drought and flooding, various bacteria and viruses, herbivores, and other plants that compete for nutrients and light. To survive under environmental challenges, plants have evolved signaling mechanisms that recognise environmental changes and perform fine-tuned actions that maintain cellular homeostasis. Controlled phosphorylation and dephosphorylation of proteins plays an important role in maintaining balanced flow of information within cells. In this study, I examined the role of protein phosphatase 2A (PP2A) on plant growth and acclimation under optimal and stressful conditions. To this aim, I studied gene expression profiles, proteomes and protein interactions, and their impacts on plant health and survival, taking advantage of the model plant Arabidopsis thaliana and the mutant approach. Special emphasis was made on two highly similar PP2A-B regulatory subunits, B’γ and B’ζ. Promoters of B’γ and B’ζ were found to be similarly active in the developing tissues of the plant. In mature leaves, however, the promoter of B’γ was active in patches in leaf periphery, while the activity of B’ζ promoter was evident in leaf edges. The partially overlapping expression patterns, together with computational models of B’γ and B’ζ within trimeric PP2A holoenzymes suggested that B’γ and B’ζ may competitively bind into similar PP2A trimmers and thus influence each other’s actions. Arabidopsis thaliana pp2a-b’γ and pp2a-b’γζ double mutants showed dwarfish phenotypes, indicating that B’γ and B’ζ are needed for appropriate growth regulation under favorable conditions. However, while pp2a-b’γ displayed constitutive immune responses and appearance of premature yellowings on leaves, the pp2a-b’γζ double mutant supressed these yellowings. More detailed analysis of defense responses revealed that B’γ and B’ζ mediate counteracting effects on salicylic acid dependent defense signalling. Associated with this, B’γ and B’ζ were both found to interact in vivo with CALCIUM DEPENDENT PROTEIN KINASE 1 (CPK1), a crucial element of salicylic acid signalling pathway against pathogens in plants. In addition, B’γ was shown to modulate cellular reactive oxygen species (ROS) metabolism by controlling the abundance of ALTERNATIVE OXIDASE 1A and 1D in mitochondria. PP2A B’γ and B’ζ subunits turned out to play crucial roles in the optimization of plant choices during their development. Taken together, PP2A allows fluent responses to environmental changes, maintenance of plant homeostasis, and grant survivability with minimised cost of redirection of resources from growth to defence.

Cellular responses to stress and kinase signaling activation : apoptosis and differentiation

Stressignaler avkänns många gånger av membranbundna proteiner som översätter signalerna till kemisk modifiering av molekyler, ofta proteinkinaser Dessa kinaser överför de avkodade budskapen till specifika transkriptionsfaktorer genom en kaskad av sekventiella fosforyleringshändelser, transkriptionsfaktorerna aktiverar i sin tur de gener som behövs för att reagera på stressen. En av de mest kända måltavlorna för stressignaler är transkriptionsfaktor AP-1 familjemedlemen c-Jun. I denna studie har jag identifierat den nukleolära proteinet AATF som en ny regulator av c-Jun-medierad transkriptionsaktivitet. Jag visar att stresstimuli inducerar omlokalisering av AATF vilket i sin tur leder till aktivering av c-Jun. Den AATF-medierad ökningen av c-Jun-aktiviteten leder till en betydande ökning av programmerad celldöd. Parallellt har jag vidarekarakteriserat Cdk5/p35 signaleringskomplexet som tidigare har identifierats i vårt laboratorium som en viktig faktor för myoblastdifferentiering. Jag identifierade den atypiska PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5/p35-komplexet och visar att klyvning och aktivering av Cdk5 regulatorn p35 är av fysiologisk betydelse för differentieringsprocessen och beroende av PKCξ aktivitet. Jag visar att vid induktion av differentiering fosforylerar PKCξ p35 vilket leder till calpain-medierad klyvning av p35 och därmed ökning av Cdk5-aktiviteten. Denna avhandling ökar förståelsen för de regulatoriska mekanismer som styr c-Jun-transkriptionsaktiviteten och c-Jun beroende apoptos genom att identifiera AATF som en viktig faktor. Dessutom ger detta arbete nya insikter om funktionen av Cdk5/p35-komplexet under myoblastdifferentiering och identifierar PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5 aktivitet och myoblast differentiering.