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GTSE1 regulates microtubule stability during mitosis through inhibition of the microtubule depolymerase MCAK

Bendre, Shweta

Chromosome segregation and genome stability are dependent on cellular regulation of microtubule (MT) dynamics. The precise regulation of MT dynamics during mitosis is essential to facilitate both kinetochore-microtubule (KT-MT) attachments, required for proper alignment of chromosomes, and error correction of KT-MT mal-attachments, required for accurate segregation of chromosomes. Increased chromosome segregation errors and elevated chromosomal instability (CIN) has been reported in cancer cells with hyper-stable KT-MT dynamics. In this thesis, we show that GTSE1, a protein found overexpressed in several cancer cell lines and tumours, stabilizes MTs required for proper chromosome alignment and chromosome segregation. GTSE1 associates with centrosomes, spindle MTs, and reducing GTSE1 protein levels in cells leads to a loss of astral MTs and a decrease in KT MT stability, which causes defects in spindle orientation and chromosome alignment, respectively. GTSE1 maintains precise levels of MT stability required for proper spindle orientation and chromosome alignment by antagonizing the MT-destabilizing activity of the MT depolymerase MCAK. GTSE1 antagonizes MCAK’s depolymerase activity in vitro, and these proteins directly interact in a phospho-dependent manner in cells and in vitro. We show that reducing the abnormally high levels of GTSE1 in the highly CIN U2OS and Hela Kyoto cancer cell lines reduces the frequency of chromosome mis-segregation events in a MCAK-dependent manner. Conversely, artificially elevating GTSE1 protein levels in chromosomally stable cell lines leads to an increase in chromosome missegregation and CIN. Thus, GTSE1 promotes genome stability by controlling the precise MT dynamics required for the efficient alignment and segregation of chromosomes through antagonizing MCAK’s MT depolymerase activity.

Die Trennung der Chromosomen und die Stabilität des Genoms hängen von der zellulären Regulation der Mikrotubuli-Dynamik ab. Die präzise Regulation der Mikrotubuli-Dynamik während der Zellteilung ist essentiell um die Anheftung der Mikrotubuli an die Kinetochore zu gewährleisten. Sie ist Voraussetzung für die richtige Anordnung der Chromosomen, für die Korrektur von fehlerhaften Kinetochor-Mikrotubuli-Verbindungen sowie Bedingung für die richtige Verteilung der Chromosomen. In Krebszellen mit hyperstabilen Kinetochor-Mikrotubuli-Dynamiken treten häufiger Fehler bei der Verteilung der Chromosomen und eine erhöhte chromosomale Instabilität (CIN) auf. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass GTSE1, ein Protein, das in mehreren Krebszelllinien und Tumoren überexprimiert ist, Mikrotubuli stabiliert. Dies ist wiederum eine Voraussetzung für die richtige Anordnung und Verteilung der Chromosomen. GTSE1 bindet an Zentrosomen und Spindel-Mikrotubuli. Eine Reduktion des Proteinlevels von GTSE1 in Zellen führt zu einem Verlust der Astral-Mikrotubuli und einer verminderten Stabilität der Kinetochor-Mikrotubuli, wodurch Fehler bei der Orientierung der Spindel und der Anordnung der Chromosomen auftreten. GTSE1 hält die Stabilität der Mikrotubuli auf einem präzisen Level, indem es der Mikrotubuli-destabilisierenden Aktivität der Mikrotubuli-Depolymerase MCAK entgegenwirkt, als Voraussetzung für die richtige Orientierung der Spindel und die Anordnung der Chromosomen. Aufgereinigtes GTSE1 bindet in vitro direkt an MCAK und hemmt dessen Depolymeraseaktivität. Ferner wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass eine Reduktion der ungewöhnlich hohen GTSE1 Levels in den Krebszelllinien U2OS und Hela Kyoto, die eine hohe chromosomale Instabilität zeigen, die Häufigkeit der Fehlverteilung von Chromosomen senkt und dass dies in Abhängigkeit von MCAK geschieht. Im Gegensatz dazu bewirkt die künstliche Erhöhung der GTSE1 Levels in chromosomal stabilen Zelllinien eine vermehrte Fehlverteilung von Chromosomen und chromosomale Instabilität. Folglich kontrolliert GTSE1 die präzise Mikrotubuli-Dynamik indem es der Mikrotubuli-Depolymeraseaktivität von MCAK entgegenwirkt und fördert somit die Stabilität des Genoms. Dies ist Voraussetzung für die erfolgreiche Anordnung und Verteilung der Chromosomen.

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Bendre, Shweta: GTSE1 regulates microtubule stability during mitosis through inhibition of the microtubule depolymerase MCAK. 2017.

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