The levenscyclus van RepoMan bij gezondheid en ziekte

Antagonisch werkende eiwitkinasen en -fosfatasen coördineren de snelheid, amplitude en specificiteit van fosforyleringssignalen in uiteenlopende processen, waaronder mitose.  Bij het begin van mitose worden eiwitten gefosforyleerd door kinasen zoals CDK1/Cycline B en Aurora B. Het beëindigen van mitose hangt af van eiwitfosfatasen, voornamelijk PP1 en PP2A, die fosfaatgroepen verwijderen en alzo de interfase bewerkstelligen. Wij zijn geïinteresseerd in de antagonische werkende enzymen Aurora B en PP1:RepoMan. Tijdens de prometafase defosforyleert PP1:RepoMan Thr3 van Histon 3 op de chromosoomarmen, ter aanrijking van Aurora B op de centromeren. Dit wordt dynamisch tegengewerkt door CDK1-gemedieerde fosforylering van het PP1-bindingsdomein van RepoMan and door Aurora B zelf dat de binding van RepoMan aan histonen tegenwerkt. De wederzijdse regeling tussen RepoMan en Aurora B leidt tot de recrutering van Aurora B ter hoogte van de centromeren, waar het kinase maximaal actief is en verkeerde kinetochoor-microtubule interacties voorkomt. Tijdens de anafase is Aurora B gelocaliseerd op het middenste gedeelte van de kernspoel en wordt PP1:RepoMan massaal gerecruteerd naar de chromosomem waar het eiwitten defosforyleert die het mitotisch einde bewerkstelligen. Aurora-B overexpressie in tumoren is vaak geassocieerd met mis-seggregatie van chromosomen. De belangrijkste moleculaire routes die de concentratie van Aurora B in cellen reguleren zijn bekend. Bovendien worden Aurora-B inhibitoren gebruikt in klinische studies om kankerpatiënten te behandelen. RepoMan komt ook vaak verhoogd tot expressie in humane tumoren. Het is echter niet bekend of RepoMan en Aurora B in dezelfde cellen een verhoogde expressie vertonen en welke de onderliggende moleculaire mechanismen zijn. Via publiek beschikbare datasets hebben we gevonden dat RepoMan en Aurora B verhoogd tot expressie komen in uiteenlopende tumoren en dat dit gecorreleerd is met een verhoogde tumor-aggressiviteit. Met behulp van biochemische benaderingen hebben we aangetoond dat de RepoMan en Aurora-B concentraties co-oscilleren tijdens de celcyclus en maximaal zijn tijdens de G2/M fase. De RepoMan en Aurora B transcript niveaus worden gecontroleerd door de transcriptiefactor FOXM1 en de hun eiwitconcentratie wordt voornamelijk gecontroleerd door ubiquitine-gemedieerde proteasomale afbraak. Op het einde van mitose en bij het begin van G1 worden RepoMan en Aurora B moleculen gemerkt voor afbraak door het ubiquitine ligase APC/C-CDH1, terwijl dit tijdens de G1/S-fase verloopt via het E3-complex SCF-FBXW7. Het bestaan van deze co-regulatie van RepoMan en Aurora B impliceert dat het belangrijk is voor cellen om de balans van deze eiwitten te bewaren. Mathematische modellering onhulde dat de co-oscillatie van RepoMan en Aurora B leidt tot een dynamisch bistabiel systeem dat resistent is aan stochastische veranderingen. Een theoretisch model voorspelde ook dat cellen met een hoge RepoMan concentratie gevoeliger zijn voor Aurora-B inhibitoren, hetgeen we experimenteel konden bevestigen. We stellen voor dat tumorcelllen meerdere manieren gebruiken om het evenwicht tussen RepoMan en Aurora B te bewaren teneinde zich te blijven vermenigvuldigen, zelfs in condities van matige aneuploïdie. Het verstoren van dit evenwicht is mogelijk een nieuwe therapeutische aanpak voor de behandeling van kankerpatiënten.