Validation and functional characterization of a novel Kif18A small molecule inhibitor

Lade...
Vorschaubild
Dateien
Zu diesem Dokument gibt es keine Dateien.
Datum
2010
Herausgeber:innen
Kontakt
ISSN der Zeitschrift
Electronic ISSN
ISBN
Bibliografische Daten
Verlag
Schriftenreihe
Auflagebezeichnung
DOI (zitierfähiger Link)
ArXiv-ID
Internationale Patentnummer
Angaben zur Forschungsförderung
Projekt
Open Access-Veröffentlichung
Open Access Green
Sammlungen
Core Facility der Universität Konstanz
Gesperrt bis
Titel in einer weiteren Sprache
Validierung und funktionale Charakterisierung von einem neuen niedermolekularen Inhibitor für Kif18A
Forschungsvorhaben
Organisationseinheiten
Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
Published
Erschienen in
Zusammenfassung

The accurate transmission of the genetic information from mother to daughter cells constitutes a crucial event in the life cycle of all eukaryotic cells (Morgan 2006). To fulfill this task cells rely on a specialized microtubule-based structure called the mitotic spindle (Wittmann et al. 2001). The assembly and the functions of the spindle apparatus are tightly regulated by the orchestrated interplay of dynamic microtubules and motor proteins (Wittmann et al. 2001). In addition to Cytoplasmic dynein, motor proteins of the kinesin superfamily are fundamental for the structure and function of the mitotic spindle (Goshima and Vale 2003; Zhu et al. 2005). Kif18A is a member of the kinesin-8 protein family characterized by its unique dual functionality, which couples a highly processive motor activity with the ability to destabilize microtubules by specifically depolymerizing them at their plus end (Mayr et al. 2007). Recent studies proposed Kif18A to be a key component in the process of chromosome alignment (Stumpff and Wordeman 2007). Notably, this kinesin is required to slow down the oscillatory movements of chromosomes happening in prometaphase after their binding to kinetochore-microtubules and to increase their switch rate across the spindle equatorial region, ultimately leading to the correct chromosome positioning at the metaphase plate (Stumpff et al. 2008). Other reports identified Kif18A as a regulatory partner of Cenp-E (Huang et al. 2009; Zhang and Matunis 2009), a member of the kinesin-7 family involved in chromosome alignment and checkpoint signaling pathways (Yao et al. 2000). Moreover, evidences derived from different works suggest a role of Kif18A in late mitotic events (Gatt et al. 2005; Mayr et al. 2007; Stumpff et al. 2008). The mechanisms by which Kif18A accomplishes these different functions are not fully understood, partially due to the lack of appropriate experimental tools. In this work we reported the functional characterization of the Kif18A small molecule inhibitor 4-chloro-2-nitrodiphenyl sulphone, named BTB-1. This compound originally identified in a reverse chemical genetics high-throughput screening (Grüner 2004), has been validated as a specific and potent inhibitor of the ATPase activity of Kif18A in vitro by three different unrelated approaches. BTB-1 has proven to be effective against Kif18A at low micromolar concentrations (IC50 = 1.7 μM) through a reversible inhibitory mechanism. Moreover, detailed kinetics studies revealed its inhibitory activity to be ATP competitive and microtubule uncompetitive. When tested on human cells BTB-1 induced a mitotic specific phenotype, characterized by the presence of aberrant spindle structures, misaligned chromosomes, increased mitotic index and a prolonged time to complete mitosis. Collectively, these results led to the discovery of the first small molecule inhibitor of the mitotic kinesin Kif18A, which could be employed as a powerful tool to functionally dissect and characterize the different properties of this motor protein.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Die fehlerfreie Aufteilung der genetischen Information von der Mutterzelle auf die beiden Tochterzellen ist ein wichtiger Abschnitt im Lebenszyklus eukaryotischer Zellen (Morgan 2006). Um diese Aufgabe erfüllen zu können besitzen die Zellen eine spezialisierte, auf Mikrotubuli basierende Struktur, die sogenannte mitotische Spindel (Wittmann et al. 2001). Der Aufbau und die Funktion des Spindelapparats werden durch das genau abgestimmte Zusammenspiel von dynamischen Mikrotubuli und präzise regulierten Motorproteinen bestimmt (Wittmann et al. 2001). Neben cytoplasmatischem Dynein sind Motorproteine der Kinesin Superfamilie essentiell für die Struktur und Funktion der mitotischen Spindel (Goshima and Vale 2003; Zhu et al. 2005). Kif18A gehört zu der Kinesin-8 Proteinfamilie, deren Mitglieder eine einzigartige duale Funktion besitzen: Sie können zum einen Mikrotubuli destablisieren, indem sie spezifisch deren plus-Ende depolymerisieren, und zum anderen weisen sie eine hoch prozessive Motoraktivität auf (Mayr et al. 2007). In aktuellen Studien wurde Kif18A eine Schlüsselfunktion im Prozess der Chromosomenanordnung zugeschrieben (Stumpff and Wordeman 2007). Das Kinesin wird während der Metaphase benötigt um die oszilierenden Bewegungen der Chromosomen nach deren Bindung an Kinetochormikrotubuli abzuschwächen. Dadurch kann die Oszillationsrate der Chromosomen um die Spindeläquatorebene erhöht werden, sodass letztendlich die Chromosomen korrekt entlang der Metaphaseplatte positioniert werden können (Stumpff et al. 2008). Andere Studien identifizierten Kif18A als regulierenden Partner von Cenp-E (Huang et al. 2009; Zhang and Matunis 2009), ein Mitglied der Kinesin-7 Familie, welches an der Chromosomenanordnung und an Signaltransduktionswegen des Spindelkontrollpunktes beteiligt ist (Yao et al. 2000). Weitere Studien lieferten Hinweise auf eine Funktion von Kif18A in der späten Mitose (Gatt et al. 2005; Mayr et al. 2007; Stumpff et al. 2008). Der genaue Mechanismus wie Kif18A diese unterschiedlichen Funktionen erfüllt ist bis heute nicht im Detail bekannt, begründet zum Großteil durch das Fehlen von geeigneten experimentellen Hilfsmitteln. Die vorliegende Arbeit behandelt die funktionelle Charakterisierung des niedermolekularen Kif18A Inhibitors 4-chloro-2-nitrodiphenyl sulphone, genannt BTB-1. Diese Verbindung wurde ursprünglich in einem revers-chemisch-genetischen Hochdurchsatzverfahren identifiziert (Grüner 2004). Die Validierung von BTB-1 als spezifischer und potenter Inhibitor erfolgte anschließend durch drei unterschiedliche und unabhängige in vitro Tests. Es wurde gezeigt, dass Kif18A effektiv durch BTB-1 bei niedrigen molekularen Konzentrationen (IC50 = 1.7 μM) durch einen reversiblen inhibitorischen Mechanismus inhibiert wird. Zusätzlich erlaubten detaillierte kinetische Studien die Bestimmung der inhibitorischen Aktivität als kompetitiv zu ATP und unkompetitiv gegenüber Mikrotubuli. Nach Behandlung mit BTB-1 zeigten humane Zellen einen mitosespezifischen Phänotyp, charakterisiert durch deformierte Spindel und fehlerhaft angeordnete Chromosomen. Weiters zeichneten sich diese Zellen durch einen Anstieg im mitotischen Index und eine verlängerte Mitose aus. Zusammengefasst führte diese Arbeit zu der Entdeckung des ersten niedermolekularen Inhibitors des Kinesins Kif18A, welcher als wichtiges Hilfsmittel dienen kann, um zwischen den funktionellen Eigenschaften dieses Motorproteins zu unterscheiden und sie zu charakterisieren.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
Mitosis, Chemical genetics, Small molecules, Kinesin, Kif18A
Konferenz
Rezension
undefined / . - undefined, undefined
Zitieren
ISO 690CATARINELLA, Mario, 2010. Validation and functional characterization of a novel Kif18A small molecule inhibitor [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
BibTex
@phdthesis{Catarinella2010Valid-8385,
  year={2010},
  title={Validation and functional characterization of a novel Kif18A small molecule inhibitor},
  author={Catarinella, Mario},
  address={Konstanz},
  school={Universität Konstanz}
}
RDF
<rdf:RDF
    xmlns:dcterms="http://purl.org/dc/terms/"
    xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"
    xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
    xmlns:bibo="http://purl.org/ontology/bibo/"
    xmlns:dspace="http://digital-repositories.org/ontologies/dspace/0.1.0#"
    xmlns:foaf="http://xmlns.com/foaf/0.1/"
    xmlns:void="http://rdfs.org/ns/void#"
    xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" > 
  <rdf:Description rdf:about="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/8385">
    <bibo:uri rdf:resource="http://kops.uni-konstanz.de/handle/123456789/8385"/>
    <void:sparqlEndpoint rdf:resource="http://localhost/fuseki/dspace/sparql"/>
    <dcterms:hasPart rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/8385/1/Thesis_MCatarinella.pdf"/>
    <dspace:hasBitstream rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/bitstream/123456789/8385/1/Thesis_MCatarinella.pdf"/>
    <dc:language>eng</dc:language>
    <dc:rights>terms-of-use</dc:rights>
    <dc:contributor>Catarinella, Mario</dc:contributor>
    <dspace:isPartOfCollection rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/>
    <dcterms:rights rdf:resource="https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/"/>
    <foaf:homepage rdf:resource="http://localhost:8080/"/>
    <dcterms:isPartOf rdf:resource="https://kops.uni-konstanz.de/server/rdf/resource/123456789/28"/>
    <dcterms:issued>2010</dcterms:issued>
    <dc:creator>Catarinella, Mario</dc:creator>
    <dcterms:title>Validation and functional characterization of a novel Kif18A small molecule inhibitor</dcterms:title>
    <dcterms:available rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-07-28T22:25:04Z</dcterms:available>
    <dc:format>application/pdf</dc:format>
    <dcterms:abstract xml:lang="eng">The accurate transmission of the genetic information from mother to daughter cells constitutes a crucial event in the life cycle of all eukaryotic cells (Morgan 2006). To fulfill this task cells rely on a specialized microtubule-based structure called the mitotic spindle (Wittmann et al. 2001). The assembly and the functions of the spindle apparatus are tightly regulated by the orchestrated interplay of dynamic microtubules and motor proteins (Wittmann et al. 2001). In addition to Cytoplasmic dynein, motor proteins of the kinesin superfamily are fundamental for the structure and function of the mitotic spindle (Goshima and Vale 2003; Zhu et al. 2005). Kif18A is a member of the kinesin-8 protein family characterized by its unique dual functionality, which couples a highly processive motor activity with the ability to destabilize microtubules by specifically depolymerizing them at their plus end (Mayr et al. 2007). Recent studies proposed Kif18A to be a key component in the process of chromosome alignment (Stumpff and Wordeman 2007). Notably, this kinesin is required to slow down the oscillatory movements of chromosomes happening in prometaphase after their binding to kinetochore-microtubules and to increase their switch rate across the spindle equatorial region, ultimately leading to the correct chromosome positioning at the metaphase plate (Stumpff et al. 2008). Other reports identified Kif18A as a regulatory partner of Cenp-E (Huang et al. 2009; Zhang and Matunis 2009), a member of the kinesin-7 family involved in chromosome alignment and checkpoint signaling pathways (Yao et al. 2000). Moreover, evidences derived from different works suggest a role of Kif18A in late mitotic events (Gatt et al. 2005; Mayr et al. 2007; Stumpff et al. 2008). The mechanisms by which Kif18A accomplishes these different functions are not fully understood, partially due to the lack of appropriate experimental tools. In this work we reported the functional characterization of the Kif18A small molecule inhibitor 4-chloro-2-nitrodiphenyl sulphone, named BTB-1. This compound originally identified in a reverse chemical genetics high-throughput screening (Grüner 2004), has been validated as a specific and potent inhibitor of the ATPase activity of Kif18A in vitro by three different unrelated approaches. BTB-1 has proven to be effective against Kif18A at low micromolar concentrations (IC&lt;sub&gt;50&lt;/sub&gt; = 1.7 &amp;#956;M) through a reversible inhibitory mechanism. Moreover, detailed kinetics studies revealed its inhibitory activity to be ATP competitive and microtubule uncompetitive. When tested on human cells BTB-1 induced a mitotic specific phenotype, characterized by the presence of aberrant spindle structures, misaligned chromosomes, increased mitotic index and a prolonged time to complete mitosis. Collectively, these results led to the discovery of the first small molecule inhibitor of the mitotic kinesin Kif18A, which could be employed as a powerful tool to functionally dissect and characterize the different properties of this motor protein.</dcterms:abstract>
    <dcterms:alternative>Validierung und funktionale Charakterisierung von einem neuen niedermolekularen Inhibitor für Kif18A</dcterms:alternative>
    <dc:date rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#dateTime">2011-03-24T17:43:11Z</dc:date>
  </rdf:Description>
</rdf:RDF>
Interner Vermerk
xmlui.Submission.submit.DescribeStep.inputForms.label.kops_note_fromSubmitter
Kontakt
URL der Originalveröffentl.
Prüfdatum der URL
Prüfungsdatum der Dissertation
September 17, 2010
Finanzierungsart
Kommentar zur Publikation
Allianzlizenz
Corresponding Authors der Uni Konstanz vorhanden
Internationale Co-Autor:innen
Universitätsbibliographie
Begutachtet
Diese Publikation teilen