In-depth Investigation of BubR1 Acetylation-deficiency in Mice

Abstract

To ensure equal distribution of genetic information during mitosis, the spindle assembly checkpoint (SAC) works to stop cells from passing on to anaphase by generating mitotic checkpoint complex (MCC). MCC binds to anaphase-promoting factor/cyclosome (APC/C) and inhibits the ubiquitination of APC/C substrates. BubR1 is a key regulator of SAC as a component of MCC along with error correction of kinetochore-microtubule (KT-MT) attachment by ensuring all kinetochores are attached to each microtubule. Previous works showed that BubR1 acetylation at lysine243(in human, K250) is essential in both functions. We suggested that acetylation insufficient mouse (K243R/+) showed the signs of chromosomal instability (CIN) such as chromosome aberration and heightened aneuploidy rate, weakened SAC, and destabilization of KT-MT attachments. Meanwhile embryos with homozygous acetylation-deficient alleles (K243R/K243R) were lethal approximately in E6.5 primarily due to apoptosis and same incidence was observed from BubR1-deficient (-/-) mice. Interestingly, mice with one acetylation-deficient BubR1 allele (K243R/-) was born without showing abnormal phenotypes and was able to reproduce. By establishing MEFs, here I showed that K243R/- MEFs exhibit chromosomal instability, weakened SAC and erroneous KT-MT attachment along with instable presence of BubR1 even though APC/C was completely inhibited when compared to WT MEFs. As further research, detailed molecular interaction must be tested and the key question that how K243R/- MEFs live out through cell cycle and showed comparable results to K243R/+ without WT allele should be enlightened. I expect this study will introduce new insights into the action of acetylation-deficient BubR1.

세포 분열기에서 유전 정보가 고르게 분배되도록 하기 위해 세포에서는 spindle assembly checkpoint (SAC) 이 작동하여 mitotic checkpoint complex (MCC)를 구성하는 방법을 통해 세포 분열기 중 후기로 넘어가는 것을 막는다. MCC는 anaphase-promoting factor/cyclosome (APC/C)와 결합하며 APC/C의 기질의 ubiquitination을 저해한다. BubR1은 MCC를 구성하여 SAC의 작용에 주요한 역할을 담당하며 동시에 모든 동원체가 미세소관과 결합할 수 있도록 조절하는 데에도 관여한다고 알려져 있다. 앞선 연구들을 통해 우리는 BubR1의 250번째 라이신 잔기의 아세틸화가 두 작용에 필수적임을 밝힌 바 있다. 아세틸화가 불가능한 아르기닌으로 치환되었을 때 아세틸화 결핍 마우스 (K243R/+)는 염색체의 수와 형태 이상을 통해 염색체 불안정성이 나타남을 보였고, SAC이 약해지며 동원체-미세소관의 결합도 불안정해지는 모습을 보였다. 한편 모든 allele이 아세틸화 결핍인 경우 (K243R/K243R), E6.5에 세포 사멸이 일어나며 embryonic lethal함을 관찰하였고 BubR1 결핍 마우스 (-/-) 에서도 동일한 현상이 관찰되었다. 흥미롭게도, 하나의 아세틸화 결핍 allele만을 가지는 마우스 (K243R/-)가 태어났고 비정상적인 표현형을 보이지 않았으며 번식이 가능한 것을 관찰하였다. Mouse embryonic fibroblasts (MEFs)를 얻어 실험을 하였고 본 연구를 통해 K243R/- MEFs가 염색체 불안정성을 보이고, SAC이 약해진 상태임을 관찰하였다. 또한 동원체-미세소관의 결합도 오류를 보였으며 APC/C가 저해된 상태임에도 불구하고 BubR1의 양이 현저히 감소한 것을 관찰할 수 있었다. 후속 연구로 상세한 분자적 상호작용에 대한 추가적인 실험을 진행하고 있으며 WT allele을 가지지 않음에도 불구하고 K243R/-가 K243R/+와 비교하였을 때 큰 차이를 보이지 않고 세포 분열 과정을 넘길 수 있는지에 대한 원인 분석이 이루어져야 할 것이다. 이러한 시도들을 통해 아세틸화 결핍 BubR1의 작용에 대한 이해를 넓힐 수 있을 것으로 기대한다.