Aurora A kinase function during anaphase

Abstract

Aurora A (AurA) is an important mitotic kinase mainly studied for its involvement in cell cycle progression, centrosome maturation, mitotic spindle pole organization and bipolar spindle formation. It localizes to duplicated centrosomes and spindle microtubules (MTs) during mitosis where it regulates various factors participating in metaphase spindle formation. AurA is degraded late in mitosis suggesting that it might also have a function in anaphase. In this study we focused in understanding AurA function during anaphase in two different experimental systems. First, we kept AurA active in cycled Xenopus egg extracts and found that MTs maintained their mitotic organization longer throughout mitotic exit. We also observed chromosome segregation defects and problematic nuclear envelope formation. These observations indicate that AurA activity needs to be down-regulated for the transition from metaphase back to interphase. To get insights into the role of AurA during metaphase-anaphase transition we initially asked whether its kinase activity is still necessary for the maintenance of the metaphase spindle. We saw that the inhibition of AurA kinase activity in metaphase resulted to a collapse of the established metaphase spindle in HeLa cells. Indicating that AurA activity is necessary for the metaphase spindle maintenance. Then, we looked whether AurA kinase activity is still necessary during anaphase. We inhibited AurA at the onset of anaphase in Hela cells and found that anaphase spindles were smaller. We also observed that the MT structure responsible for anaphase spindle elongation, the central spindle, was defectively assembled and organized. Moreover, in cells where AurA was inhibited segregation of chromosomes was defective. These results indicate that AurA kinase activity is necessary for anaphase spindle elongation, central spindle assembly and organization and chromosome segregation. To understand further how AurA regulates anaphase spindle formation we looked known AurA substrates. We depleted TACC3, a known AurA substrate involved in MT formation earlier in mitosis and observed that TACC3 depletion phenocopied AurA inhibition. This indicates that TACC3 has a function in MT organization and chromosome segregation during anaphase and this function could possibly be regulated by AurA. In this study we have demonstrated that AurA activity is essential for metaphase spindle maintenance. We also found that during anaphase when AurA is either maintained active or inhibited MT organization is greatly affected and chromosome segregation is defective. Suggesting that AurA activity needs to be tightly controlled during anaphase for a correct completion of mitosis.

Aurora A (AurA) es una quinasa mitótica importante que se ha estudiado principalmente en su papel durante la progresión del ciclo celular, la maduración del centrosoma, la organización y la formación del polo y del huso mitótico. Durante la mitosis, AurA se localiza en los centrosomas duplicados y en los microtúbulos (MTs) del huso y se ha observado que regula varios factores que participan en la formación del huso mitótico. AurA se degrada al final de la mitosis indicando que pueda tener una función durante la anafase. En este estudio nos hemos centrado en la comprensión de la función de AurA durante la anafase en dos sistemas experimentales diferentes. En primer lugar, utilizando extractos de huevos de Xenopus hemos mantenido AurA activa durante la transición de metafase a anafase y hemos visto que los MTs del huso mitótico mantienen su organización durante más tiempo. También hemos observado que cuando AurA se mantiene activa existen defectos en la segregación cromosómica y la formación de la membrana nuclear. Esto indica que la actividad de AurA tiene un papel regulador sobre los MTs y la chromatina durante la transición de la metafase a la interfase. Para entender cual es la función de AurA durante la transición de metafase a anafase primero hemos estudiado si la actividad de la quinasa es necesaria para el mantenimiento del huso mitótico. Hemos visto que la inhibición de la actividad quinasa AurA resultó en el colapso del huso durante la metafase en células HeLa. Esto indica que la actividad de AurA es necesaria para el mantenimiento del huso mitótico de metafase. A continuación hemos analizamos si la actividad quinasa de AurA sigue siendo necesaria para la anafase. Para ello hemos inhibido AurA en células Hela al inicio de la anafase. En estas condiciones los husos de la anafase son más pequeños y la estructura de los MTs responsable del alargamiento del huso mitótico durante la anafase, el huso central, se organiza defectuosamente. Además, se encontraron errores durante la segregación de los cromosomas. Estos resultados indican que la actividad quinasa de AurA es necesaria para el alargamiento del huso durante la anafase y la organización y segregación cromosómica. Para entender el mecanismo de la función de AurA durante la anafase hemos estudiado a sustratos de AurA. Al estudiar TACC3 , un sustrato conocido de AurA que participa en la formación de MTs en las fase iniciales de la mitosis hemos encontrado que su eliminación de células HeLa produce el mismo fenotipo que la inhibición de AurA. Esto indica que TACC3 tiene una función en la organización de MT y la segregación de cromosomas durante la anafase y que esta función podría estar regulada por la quinasa AurA. En este estudio hemos demostrado que la actividad quinasa de AurA es esencial para el mantenimiento del huso mitótico. También hemos encontrado que durante la anafase cuando la quinasa AurA se mantiene activa o se inhibe la organización de los MTs del huso mitótico se ve muy afectada y los cromosomas se segregan defectuosamente. Por tanto los resultados de este estudio indican que la actividad quinasa de AurA está estrechamente controlada durante la anafase para el correcto cumplimiento de la mitosis.