Control de la mitosi pel mecanisme de vigilància de fase S

Abstract

A les cèl·lules eucariotes el checkpoint de la fase S, un dels mecanisme de vigilància de la cèl·lula, respon a agressions genotòxiques per protegir la integritat genòmica. Com a part de la resposta a estrès replicatiu i dany al DNA, aquest checkpoint impedeix el pas a mitosi fins que l’agressió hagi estat superada, evitant així la inestabilitat genòmica conseqüència de la segregació de cromosomes danys o que no han acabat de ser replicats. El cicle cel·lular i els seus mecanisme de control, com el checkpoint de la fase S, han estat identificats i estudiats inicialment en organisme model com Schizosaccharomyces pombe (llevat de fissió) i Saccharomyces cerevisiae (llevat de gemmació). Cal tenir present que els mecanismes identificats i els factors implicats en els organisme model són conservats en humans. En el llevat de fissió, l’entrada a mitosi en presència d’estrès genotòxic és impedida per la fosforilació inhibitòria de la tirosina 15 de Cdk1 per Wee1. Cdk1 és la única quinasa encarregada de dirigir la cèl·lula a través del cicle cel·lular en llevat de fissió i gemmació. En canvi, en llevat de gemmació, Swe1, l’ortòleg de Wee1, i la fosforilació de la tirosina 19 de Cdk1 semblen ser totalment prescindibles en el control de l’entrada a mitosi en presència d’estrès genotòxic. El model actual en llevat de gemmació pel control de la mitosi en presència d’estrès genotòxic contempla com a únic punt de control l’estabilització de Pds1/Securina, evitant així l’activació de Esp1/Separasa que promou el tall de la cohesina que manté unides les cromàtides germanes. En humans, malgrat Wee1 i la seva fosforilació inhibitòria sobre Cdk1 es conserven, no són suficients per impedir totalment l’entrada a mitosis en una fase S compromesa per estrès genotòxic. Els nostres resultats mostren que en Saccharomyces cerevisiae, l’activitat Cdk1 que dirigeix la mitosi està inhibida en presència d’estrès genotòxic. La dispensabilitat de Swe1 i de la fosforilació de la tirosina 19 de Cdk1 s’explica per que l’activitat Cdk1 mitòtica és inhibida, en aquestes condicions, de forma redundant per Swe1 i Rad53, la quinasa efectora del checkpoint de fase S. A més, hem observat que Swe1 està controlada pel checkpoint de la fase S en aquestes condicions. Tanmateix, en presència d’estrès genotòxic, les cèl·lules amb l’activitat Cdk1 mitòtica desregulada o nul·les per Pds1/Securina, segueixen essent competents per impedir la mitosi. Ara bé, quan el control redundant de l’activitat Cdk1 de fase M (necessària per l’elongació del fus mitòtic) és combinant amb la deleció de Pds1/Securina, les cèl·lules són incapaces d’evitar la segregació dels cromosomes no acabats de replicar o danyats.

The S phase checkpoint is a surveillance mechanism in eukaryotic cells that preserve genomic integrity in response to genotoxic insults. This checkpoint inhibits mitosis onset till the stress has been solved, avoiding genomic instability that results from the segregation of damaged or not fully replicated chromosomes. Eukaryotic cell cycle and its regulation mechanisms, like the S phase checkpoint, have been initially identified and studied in model organisms like Schizosaccharomyces pombe (fission yeast) and Saccharomyces cerevisiae (budding yeast) and these mechanisms and factors are conserved in humans. Mitosis control in fission yeast in the presence of replication stress relies on the inhibition of mitotic Cdk1 through tyrosine 15 Wee1 mediated phosphorylation. However, in budding yeast, Wee1 ortholog Swe1 and its phosphorylation over Cdk1, seems unnecessary in this control. The present model for budding yeast control of mitosis in the presence of DNA damage relies on the stabilization of Pds1/securin. This chaperone inhibits Esp1/separase which cleaves cohesin, the protein that keeps sister chromatids together. In humans, Wee1 and its phosphorylation over Cdk1 are conserved but they are not enough to inhibit mitotic Cdk1 activity and completely avoid mitosis onset in the presence of genotoxic stress. Our results show that in budding yeast, mitotic Cdk1 is inhibited in the presence of genotòxic stress. Swe1 dispensability is explained by a redundant mechanism regulating mitotic Cdk1 mediated by Swe1 and Rad53, the effector kinase of the S phase checkpoint. Moreover, Swe1 levels stabilization in the presence of genotoxic stress is mediated by the S phase checkpoint. Mitotic Cdk1 deregulation or pds1Δ is not enough to observe DNA segregation in the presence of genotoxic stress. Only cells that cannot regulate mitotic Cdk1 activity together with pds1Δ are able to segregate not fully replicated or damaged chromosomes.