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Molecular dissection of CLASPs function in mitosis: A proteomic approach

Author(s): Maia, Ana Rita Ramada cv logo 1

Date: 2011

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10216/22096

Origin: Repositório Aberto da Universidade do Porto

Subject(s): Medicina e Oncologia Molecular; Porto


Description
CLASPs are well-conserved microtubule plus-end-tracking proteins that participate in chromosome segregation through their key role at the kinetochore-microtubule interface. In yeast, Drosophila, and Xenopus, a single CLASP orthologue is present, which is required for mitotic spindle assembly by regulating microtubule dynamics at the kinetochore. In mammals, however, only CLASP1 has been directly implicated in cell division, despite the existence of a second paralogue, CLASP2. Here we describe the mitotic localization of human CLASP2 in HeLa cells and show that its localization at kinetochores, centrosomes, and spindle throughout mitosis is remarkably similar to CLASP1. Analysis of Clasp2 KO mouse embryonic fibroblasts revealed that CLASP1 kinetochore localization and Mad2 checkpoint response is not compromised in the absence of CLASP2. To further understand CLASP roles in mitosis, namely to rule out potential redundant functions, we performed single CLASP depletion by RNAi. Remarkably, single CLASP depletion caused no significant impairment of mitosis, while reducing the levels of both CLASPs by RNAi caused severe mitotic spindle defects (mainly cells with multipolar spindles), and abnormal DNA content (aneuploidy). Overall, these results suggest that CLASP1 and CLASP2 play overlapping roles during mitosis. In order to understand the molecular mechanisms underlying the function of human CLASPs during mitosis, next we performed a proteomic study for the identification of CLASP1 interacting proteins during mitosis by mass-spectrometry. Our results confirmed the interactions between CLASP1 CLIP-170 and LL5ß, both described in interphase. Moreover, new interactors were found such as CENP-E, Astrin, GCC185, CENP-J/CPAP, MARK2 and the novel protein KIAA0802. In interphase cells, CLASPs accumulate at the Golgi apparatus and this accumulation is related to the presence of stabilized microtubules. However, there is little information concerning Golgi function during mitosis. Analysis of GCC185 mitotic distribution showed that in early stages GCC185 localizes around centrosomes, and disperses in metaphase and anaphase. In telophase, GCC185 re-localizes to the perinuclear region and centrosomes. Noteworthy, we found an extensive co-localization between GCC185 and CLASP1 (especially in prophase, prometaphase and telophase). The interaction between GCC185 and CLASP1 was also confirmed in interphase cell extracts. Finally, many +TIPs like APC, CLIP-170/Restin and EB1 have previously been implicated in aneuploidy and tumourigenesis, forming a complex protein network with CLASPs. To determine the implications of CLASP1 for the mechanisms of tumourigenesis, we performed a mutational screening in a human cell line derived from cervix carcinoma (HeLa cells). In our mutational analysis we found three deletions: two of them correspond to CLASP1 alternative spliced isoforms (737 1538 and 1125 1164), and the third derives from the partial loss of exon 21 (673 679). These mutations could be related to chromosomal instability leading to random mutations, or may reflect that CLASP1 gene is a main target for mutations. These results encourage a larger survey for CLASP mutations in other tumour cell lines and primary tumours. Overall, we found that CLASP1 and CLASP2 play redundant roles during mitosis, whose absence can originate several mitotic defects, and ultimately lead to aneuploidy. Additionally, we uncovered new molecular interactions with important and novel mitotic proteins and provided the molecular linkage between CLASP function and the still mysterious role of the Golgi apparatus during mitosis. Mestrado em Medicina e Oncologia Molecular Master Degree Course in Molecular and Oncology Medicine CLASPs são proteínas altamente conservadas que participam na segregação dos cromossomas através do seu papel fundamental na interface cinetocoro-microtúbulo durante a mitose. Em levedura, Drosophila, e Xenopus, um único ortólogo da CLASP está presente, o qual é necessário para a formação do fuso mitótico através da regulação da dinâmica dos microtúbulos a nível do cinetocoro. Em mamíferos, no entanto, somente a CLASP1 tem sido implicada na divisão celular, apesar da existência de um segundo parólogo, CLASP2. Neste estudo descrevemos a localização mitótica da CLASP2 humana em células HeLa e mostramos que a sua localização nos cinetocoros, centrossomas, e fuso durante toda a mitose é notavelmente semelhante à CLASP1. A análise de fibroblastos embrionários de ratinho KO para a Clasp2 revelou que a localização da CLASP1 no cinetocoro e a resposta do checkpoint da Mad2 não estão comprometidos pela ausência de CLASP2. Para melhor compreender as funções das CLASPs em mitose, nomeadamente para determinar potenciais funções redundantes, nós realizamos a depleção de cada CLASP por RNAi. Notavelmente, a depleção isolada de cada CLASP não induziu qualquer erro significativo na mitose; a redução dos níveis de ambas as CLASPs por RNAi causou severos defeitos mitóticos a nível do fuso (principalmente células com fusos multipolares), e conteúdo anormal de DNA (aneuploidia). No geral, estes resultados sugerem que CLASP1 e CLASP2 possuem papéis sobreponíveis durante a mitose. A fim de compreender os mecanismos moleculares subjacentes à função das CLASPs humanas durante a mitose, nós realizamos um estudo proteómico para a identificação das proteínas interactoras da CLASP1 durante a mitose através de espectrometria de massa. Os nossos resultados confirmaram as interações entre CLASP1 - CLIP-170 e LL5ß, ambos descritas em interfase. Além disso, novas interacções foram encontradas como CENP-E, Astrin, GCC185, CENP-J/CPAP, MARK2 e a nova proteína KIAA0802. Em células interfásicas, as CLASPs acumulam-se no aparelho de Golgi e esta acumulação está relacionada com a presença de microtúbulos estabilizados. No entanto, há pouca informação a respeito da função de Golgi durante a mitose. A análise da distribuição mitótica da GCC185 mostrou que em estadios precoces a GCC185 localiza-se em torno dos centrossomas, e dispersa-se em metafase e anafase. Em telofase, a GCC185 relocaliza-se na região perinuclear e nos centrossomas. De notar que nós encontramos um co-localização extensiva entre a GCC185 e a CLASP1 (especialmente em profase, prometafase e telofase). A interacção entre a GCC185 e a CLASP1 foi também confirmada em extractos celulares interfásicos. Finalmente, muitas +TIPs como o APC, CLIP-170/Restin e EB1 têm sido implicadas em processos de aneuploidia e tumorigénese, formando uma complexa rede proteica com as CLASPs. Para determinar as implicações da CLASP1 nos mecanismos de tumorigénese, realizamos uma pesquisa mutacional numa linha celular humana derivada do carcinoma do cérvix (células HeLa). Na nossa análise mutacional encontramos três deleções: duas correspondem a isoformas da CLASP1 resultantes de splicing alternativo (737 1538 e 1125 1164), e a terceira deriva da perda parcial do exão 21 (673 679). Estas mutações podem estar relacionadas à instabilidade dos cromossomas que conduz a mutações aleatórias, ou podem reflectir que o gene CLASP1 é um alvo principal para mutações. Estes resultados incentivam a um exame maior para mutações da CLASP noutras linhas celulares tumorais e tumores primários. No geral, nós encontramos que a CLASP1 e CLASP2 possuem papéis redundantes durante a mitose, cuja ausência pode originar diversos defeitos mitóticos, conduzindo em último efeito à aneuploidia. Adicionalmente, descobrimos novas interacções moleculares com importantes proteínas mitóticas e fornecemos a ligação molecular entre a função da CLASP e o papel desconhecido do aparelho de Golgi durante a mitose.
Document Type Master Thesis
Language Portuguese
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