Stathmin/Op18 Phosphorylation Is Regulated by Microtubule Assembly

Stathmin/Op 18 is a microtubule (MT) dynamics-regulating protein that has been shown to have both catastrophe-promoting and tubulin-sequestering activities. The level of stathmin/Op18 phosphorylation was proved both in vitro and in vivo to be important in modulating its MT-destabilizing activity. To understand the in vivo regulation of stathmin/Op18 activity, we investigated whether MT assembly itself could control phosphorylation of stathmin/Op18 and thus its MT-destabilizing activity. We found that MT nucleation by centrosomes from Xenopus sperm or somatic cells and MT assembly promoted by dimethyl sulfoxide or paclitaxel induced stathmin/Op18 hyperphosphorylation in Xenopus egg extracts, leading to new stathmin/Op18 isoforms phosphorylated on Ser 16. The MT-dependent phosphorylation of stathmin/Op18 took place in interphase extracts as well, and was also observed in somatic cells. We show that the MT-dependent phosphorylation of stathmin/Op18 on Ser 16 is mediated by an activity associated to the MTs, and that it is responsible for the stathmin/Op18 hyperphosphorylation reported to be induced by the addition of “mitotic chromatin.” Our results suggest the existence of a positive feedback loop, which could represent a novel mechanism contributing to MT network control.

Accumulation of Mutant Huntingtin Fragments in Aggresome-like Inclusion Bodies as a Result of Insufficient Protein Degradation

The huntingtin exon 1 proteins with a polyglutamine repeat in the pathological range (51 or 83 glutamines), but not with a polyglutamine tract in the normal range (20 glutamines), form aggresome-like perinuclear inclusions in human 293 Tet-Off cells. These structures contain aggregated, ubiquitinated huntingtin exon 1 protein with a characteristic fibrillar morphology. Inclusion bodies with truncated huntingtin protein are formed at centrosomes and are surrounded by vimentin filaments. Inhibition of proteasome activity resulted in a twofold increase in the amount of ubiquitinated, SDS-resistant aggregates, indicating that inclusion bodies accumulate when the capacity of the ubiquitin–proteasome system to degrade aggregation-prone huntingtin protein is exhausted. Immunofluorescence and electron microscopy with immunogold labeling revealed that the 20S, 19S, and 11S subunits of the 26S proteasome, the molecular chaperones BiP/GRP78, Hsp70, and Hsp40, as well as the RNA-binding protein TIA-1, the potential chaperone 14–3-3, and α-synuclein colocalize with the perinuclear inclusions. In 293 Tet-Off cells, inclusion body formation also resulted in cell toxicity and dramatic ultrastructural changes such as indentations and disruption of the nuclear envelope. Concentration of mitochondria around the inclusions and cytoplasmic vacuolation were also observed. Together these findings support the hypothesis that the ATP-dependent ubiquitin–proteasome system is a potential target for therapeutic interventions in glutamine repeat disorders.

Spindle Dynamics and the Role of γ-Tubulin in Early Caenorhabditis elegans EmbryosV⃞

γ-Tubulin is a ubiquitous and highly conserved component of centrosomes in eukaryotic cells. Genetic and biochemical studies have demonstrated that γ-tubulin functions as part of a complex to nucleate microtubule polymerization from centrosomes. We show that, as in other organisms, Caenorhabditis elegans γ-tubulin is concentrated in centrosomes. To study centrosome dynamics in embryos, we generated transgenic worms that express GFP::γ-tubulin or GFP::β-tubulin in the maternal germ line and early embryos. Multiphoton microscopy of embryos produced by these worms revealed the time course of daughter centrosome appearance and growth and the differential behavior of centrosomes destined for germ line and somatic blastomeres. To study the role of γ-tubulin in nucleation and organization of spindle microtubules, we used RNA interference (RNAi) to deplete C. elegans embryos of γ-tubulin. γ-Tubulin (RNAi) embryos failed in chromosome segregation, but surprisingly, they contained extensive microtubule arrays. Moderately affected embryos contained bipolar spindles with dense and long astral microtubule arrays but with poorly organized kinetochore and interpolar microtubules. Severely affected embryos contained collapsed spindles with numerous long astral microtubules. Our results suggest that γ-tubulin is not absolutely required for microtubule nucleation in C. elegans but is required for the normal organization and function of kinetochore and interpolar microtubules.

Diffusion and formation of microtubule asters: physical processes versus biochemical regulation.

Microtubule asters forming the mitotic spindle are assembled around two centrosomes through the process of dynamic instability in which microtubules alternate between growing and shrinking states. By modifying the dynamics of this assembly process, cell cycle enzymes, such as cdc2 cyclin kinases, regulate length distributions in the asters. It is believed that the same enzymes control the number of assembled microtubules by changing the "nucleating activity" of the centrosomes. Here we show that assembly of microtubule asters may be strongly altered by effects connected with diffusion of tubulin monomers. Theoretical analysis of a simple model describing assembly of microtubule asters clearly shows the existence of a region surrounding the centrosome depleted in GTP tubulin. The number of assembled microtubules may in some cases be limited by this depletion effect rather than by the number of available nucleation sites on the centrosome.

Drosophila melanogaster as a model for basal body research

The fruit fly, Drosophila melanogaster, is one of the most extensively studied organisms in biological research and has centrioles/basal bodies and cilia that can be modelled to investigate their functions in animals generally. Centrioles are nine-fold symmetrical microtubule-based cylindrical structures required to form centrosomes and also to nucleate the formation of cilia and flagella. When they function to template cilia, centrioles transition into basal bodies. The fruit fly has various types of basal bodies and cilia, which are needed for sensory neuron and sperm function. Genetics, cell biology and behaviour studies in the fruit fly have unveiled new basal body components and revealed different modes of assembly and functions of basal bodies that are conserved in many other organisms, including human, green algae and plasmodium. Here we describe the various basal bodies of Drosophila, what is known about their composition, structure and function.

Ueber das Verhalten der Centrosomen bei der Befruchtung des Seeigel-Eies, nebst allgemeinen Bemerkungen ueber Centrosomen und Verwandtes.

"Sonderdruck aus den Verhandlungen der Physikal.-medicin. Gesellschaft zu Würzburg, n. F., XXIX. Band."

Cdk1/Erk2- and Plk1-dependent phosphorylation of a centrosome protein, Cep55, is required for its recruitment to midbody and cytokinesis

Centrosomes in mammalian cells have recently been implicated in cytokinesis; however, their role in this process is poorly defined. Here, we describe a human coiled-coil protein, Cep55 (centrosome protein 55 kDa), that localizes to the mother centriole during interphase. Despite its association with gamma-TuRC anchoring proteins CG-NAP and Kendrin, Cep55 is not required for microtubule nucleation. Upon mitotic entry, centrosome dissociation of Cep55 is triggered by Erk2/Cdk1-dependent phosphorylation at S425 and S428. Furthermore, Cep55 locates to the midbody and plays a role in cytokinesis, as its depletion by siRNA results in failure of this process. S425/428 phosphorylation is required for interaction with Plk1, enabling phosphorylation of Cep55 at S436. Cells expressing phosphorylation-deficient mutant forms of Cep55 undergo cytokinesis failure. These results highlight the centrosome as a site to organize phosphorylation of Cep55, enabling it to relocate to the midbody to function in mitotic exit and cytokinesis.

Definição dos mecanismos de polaridade celular durante a citocinese

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia – Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Estudo da função da proteína Mob1 na estrutura dos centrossomas

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia - Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Création de mutants cdc5 en vue de l’identification des substrats de PLK/Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN.

Les kinases de la famille Polo (PLK) jouent un rôle majeur durant le cycle cellulaire, notamment en promouvant des processus essentiels tels que l’entrée en phase M et la sortie du cycle cellulaire. Elles sont également impliquées dans plusieurs cancers et ont un fort pouvoir tumorigène. Notre laboratoire a récemment montré que Cdc5 (la kinase PLK chez Saccharomyces cerevisiae) est également nécessaire pour l'adaptation aux dommages à l'ADN, et que la cible critique de Cdc5 au cours de ce processus pourrait être une cible peu conventionnelle localisée aux centrosomes de levures. Dans le but d’identifier ce substrat, une analyse intégrale du phosphoprotéome de PLK/Cdc5 par spectrométrie de masse devra être réalisée. Pour ce faire, un allèle CDC5 sensible à la température, c’est-à-dire une version mutante qui devient inactive à température élevée, devra être utilisée. Cet allèle devra être thermosensible à 30°C, afin de s’assurer qu’il sera le seul à être inactivé à cette température et que, par conséquent, seuls les substrats de Cdc5 seront identifiés. À cet effet, nous avons généré deux allèles cdc5 thermosensibles à 30°C : cdc5-17 et cdc5-18, puis analysé leur cycle cellulaire à 32°C. Les résultats de cette analyse ont montré que l’exposition des cellules à 32°C résulte en leur blocage en fin de mitose sous la forme bourgeonnée, témoignant d’un défaut dans la promotion de la sortie de la mitose. Ce défaut est causé par la mutation du gène CDC5 dont la protéine favorise la sortie de la mitose via deux voies : la voie du MEN (Mitotic Exit Network) et la voie du FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release). cdc5-17 et cdc5-18 représentent des outils biologiques précieux qui permettront de mieux analyser le phosphoprotéome de PLK/Cdc5 et de mener à l’identification des cibles de Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN. Étant donné que l’adaptation aux dommages à l’ADN causés par des chimiothérapies représente l’un des facteurs permettant la prolifération des tumeurs cancéreuses, cette découverte serait un grand pas dans la lutte contre le cancer.

Identification de protéines impliquées dans la localisation des ARNm au niveau de l'appareil mitotique

La localisation des ARNm au niveau des microtubules et des centrosomes laisse voir le centrosome et le fuseau mitotique comme des complexes ribonucléoprotéiques. Cependant, le mécanisme de localisation des ARNm à ces différentes structures ainsi que leurs fonctions dans la régulation de la mitose restent encore incompris. L’objectif était ici de caractériser des protéines de liaison à l’ARN (RNA Binding Proteins, RBPs) fonctionnellement impliquées dans la localisation des ARNm mitotiques chez la Drosophile et d’évaluer la conservation de la fonction de ces RBPs dans les cellules humaines. La déplétion de RBPs par RNAi générée dans des Drosophiles mutantes résulte en des phénotypes distincts de localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen et en des défauts mitotiques différents selon le RBP ciblé, suggérant des fonctions différentes de ces RBPs. De plus, dans les jeunes embryons, les RBPs Bru-2 et Mask semblent être fonctionnellement importants pour la mitose via la régulation de l’ARNm cen, donnant un aperçu de la possible fonction mitotique de RBPs dans la régulation d’un ARN centrosomique. De plus, il a été observé dans un criblage d’immunofluorescence dans des cellules HeLa en métaphase que HNRNPUL1 colocalise au fuseau et aux centrosomes. HNRNPUL1 pourrait être impliqué dans la régulation de l’ARNm CDR2 (orthologue de cen) puisque la déplétion de l’orthologue de HNRNPUL1 dans la Drosophile, CG30122, résulte en une localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen.

Création de mutants cdc5 en vue de l’identification des substrats de PLK/Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN

Les kinases de la famille Polo (PLK) jouent un rôle majeur durant le cycle cellulaire, notamment en promouvant des processus essentiels tels que l’entrée en phase M et la sortie du cycle cellulaire. Elles sont également impliquées dans plusieurs cancers et ont un fort pouvoir tumorigène. Notre laboratoire a récemment montré que Cdc5 (la kinase PLK chez Saccharomyces cerevisiae) est également nécessaire pour l'adaptation aux dommages à l'ADN, et que la cible critique de Cdc5 au cours de ce processus pourrait être une cible peu conventionnelle localisée aux centrosomes de levures. Dans le but d’identifier ce substrat, une analyse intégrale du phosphoprotéome de PLK/Cdc5 par spectrométrie de masse devra être réalisée. Pour ce faire, un allèle CDC5 sensible à la température, c’est-à-dire une version mutante qui devient inactive à température élevée, devra être utilisée. Cet allèle devra être thermosensible à 30°C, afin de s’assurer qu’il sera le seul à être inactivé à cette température et que, par conséquent, seuls les substrats de Cdc5 seront identifiés. À cet effet, nous avons généré deux allèles cdc5 thermosensibles à 30°C : cdc5-17 et cdc5-18, puis analysé leur cycle cellulaire à 32°C. Les résultats de cette analyse ont montré que l’exposition des cellules à 32°C résulte en leur blocage en fin de mitose sous la forme bourgeonnée, témoignant d’un défaut dans la promotion de la sortie de la mitose. Ce défaut est causé par la mutation du gène CDC5 dont la protéine favorise la sortie de la mitose via deux voies : la voie du MEN (Mitotic Exit Network) et la voie du FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release). cdc5-17 et cdc5-18 représentent des outils biologiques précieux qui permettront de mieux analyser le phosphoprotéome de PLK/Cdc5 et de mener à l’identification des cibles de Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN. Étant donné que l’adaptation aux dommages à l’ADN causés par des chimiothérapies représente l’un des facteurs permettant la prolifération des tumeurs cancéreuses, cette découverte serait un grand pas dans la lutte contre le cancer.

Identification de protéines impliquées dans la localisation des ARNm au niveau de l'appareil mitotique

La localisation des ARNm au niveau des microtubules et des centrosomes laisse voir le centrosome et le fuseau mitotique comme des complexes ribonucléoprotéiques. Cependant, le mécanisme de localisation des ARNm à ces différentes structures ainsi que leurs fonctions dans la régulation de la mitose restent encore incompris. L’objectif était ici de caractériser des protéines de liaison à l’ARN (RNA Binding Proteins, RBPs) fonctionnellement impliquées dans la localisation des ARNm mitotiques chez la Drosophile et d’évaluer la conservation de la fonction de ces RBPs dans les cellules humaines. La déplétion de RBPs par RNAi générée dans des Drosophiles mutantes résulte en des phénotypes distincts de localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen et en des défauts mitotiques différents selon le RBP ciblé, suggérant des fonctions différentes de ces RBPs. De plus, dans les jeunes embryons, les RBPs Bru-2 et Mask semblent être fonctionnellement importants pour la mitose via la régulation de l’ARNm cen, donnant un aperçu de la possible fonction mitotique de RBPs dans la régulation d’un ARN centrosomique. De plus, il a été observé dans un criblage d’immunofluorescence dans des cellules HeLa en métaphase que HNRNPUL1 colocalise au fuseau et aux centrosomes. HNRNPUL1 pourrait être impliqué dans la régulation de l’ARNm CDR2 (orthologue de cen) puisque la déplétion de l’orthologue de HNRNPUL1 dans la Drosophile, CG30122, résulte en une localisation anormale de l’ARNm centrosomique cen.

Centrioles: active players or passengers during mitosis?

No funding agencies or grants indicated in the publication.