Verrückt1 - Mad1
| Mad1 | |||||||
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 Kristallstruktur, Tetramer des Mad1-Mad2-Komplexes, gelb und rot=Mad1-Monomere, blassgrün=Mad2-Monomere
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| Bezeichner | |||||||
| Organismus | |||||||
| Symbol | MAD1 | ||||||
| Entrez | 852794 | ||||||
| PDB | 1GO4 | ||||||
| RefSeq (mRNA) | NM_001180951.3 | ||||||
| RefSeq (Schutz) | NP_011429.3 | ||||||
| UniProt | P40957 | ||||||
| Andere Daten | |||||||
| Chromosom | VII: 0,35 - 0,35 MB | ||||||
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Mad1 ist ein nicht-essentielles Protein, das in Hefe eine Funktion im Spindle Assembly Checkpoint (SAC) hat. Dieser Kontrollpunkt überwacht die Chromosomenanheftung an die Mikrotubuli der Spindel und verhindert, dass Zellen mit der Anaphase beginnen, bis die Spindel aufgebaut ist. Der Name Mad bezieht sich auf die Beobachtung, dass mutierte Zellen während der Mikrotubuli-Depolymerisation einen Mangel an mitotischem Arrest (MAD) aufweisen. Mad1 rekrutiert den Anaphase-Inhibitor Mad2 zu ungebundenen Kinetochoren und ist essentiell für die Mad2- Cdc20- Komplexbildung in vivo, aber nicht in vitro . In vivo wirkt Mad1 als kompetitiver Inhibitor des Mad2-Cdc20-Komplexes. Mad1 wird von Mps1 phosphoryliert, was dann zusammen mit anderen Aktivitäten zur Bildung des mitotischen Checkpoint-Komplexes (MCC) führt. Dabei hemmt es die Aktivität des Anaphase-fördernden Komplexes/Cyclosoms (APC/C). Homologe von Mad1 sind in Eukaryoten von der Hefe bis zum Säugetier konserviert.
Einführung
In den frühen 90er Jahren wurden Hefegene identifiziert, deren Mutationen zu einem Defekt des Mitosearrestes als Reaktion auf die Mikrotubuli-Disassemblierung führten (Mitotic Arrest Deficient Genes - MAD Genes). Diese Zellen zeigten in Gegenwart von Mikrotubuli-Polymerisationsinhibitoren keinen mitotischen Arrest und waren daher nicht in der Lage, die Zellteilung zu verzögern. Die identifizierten Gene umfassten die MAD1- , MAD2- und MAD3- Gene. Sie sind in allen konservierten Eukaryonten und sind in einem Weg beteiligt , die in aktiv ist Prometaphase die vorzeitige Trennung von Schwester zu verhindern Chromatiden und bilden die so genannte Spindelanordnung Kontrollpunkt (SAC). Dieser Kontrollpunkt überwacht den Status der Chromosomenanheftung an die mitotische Spindel und hemmt den Übergang von der Metaphase zur Anaphase, indem er die Aktivierung des Anaphase-fördernden Komplexes /Cyclosom (APC/C) und damit den Abbau von Zellzyklusregulatoren verhindert . Mad1 wird in diesem Weg an ungebundenen Kinetochoren angesammelt und fungiert als Sensor für ungebundene Kinetochore in dieser Maschinerie.
Funktion
Eukaryotische Zellen zeigen in Gegenwart von Mikrotubuli-Polymerisationsinhibitoren einen mitotischen Arrest. Ein Kontrollpunkt für die Spindelmontage überwacht den Status der Spindel und verknüpft den Metaphase-Anaphase-Übergang mit der korrekten bipolaren Befestigung aller Kinetochore an der mitotischen Spindel. Der Spindel-Assembly-Checkpoint hemmt die Aktivität des Anaphase-fördernden Komplexes, indem er den Abbau von nachgeschalteten Effektoren verhindert, die andernfalls zum Beginn der Anaphase und zum Austritt aus der Mitose führen. Die Erschöpfung von Mad1 führt zum Verlust der SAC- Funktion. Mad1 lokalisiert sich überwiegend an ungebundenen Kinetochoren und löst bei einem einzelnen ungebundenen Kinetochor einen mitotischen Stillstand aus. Mad1 rekrutiert die wichtige SAC-Komponente Mad2 für ungebundene Kinetochore und induziert eine Verstärkung des mitotischen Anhaltesignals. Es gibt einen Pool von freiem zytoplasmatischem Mad2 in seiner inaktiven offenen Konformation namens o-MAD2. Wenn Mad2 an Mad1 gebunden ist, nimmt Mad2 eine aktive Konformation an, die geschlossen (c-Mad2) genannt wird, und bildet ein Heterotetramer aus zwei Mad1- und zwei c-Mad2-Einheiten. Das Heterotetramer von Mad1–c-Mad2 ist sehr stabil und fungiert als katalytischer Rezeptor für das freie zytoplasmatische o-Mad2. Freies o-Mad2 bindet an diesen Rezeptor und ändert seine Konformation in die aktive geschlossene Form. Dieses zweite c-MAD2 wird mit noch unbekanntem Mechanismus auf Cdc20 übertragen und bildet den Cdc20-c-Mad2-Komplex. Dieser Komplex ist ein wesentlicher Bestandteil des mitotischen Checkpoint-Komplexes (MCC). MCC bindet und hemmt APC /C und stoppt daher das Fortschreiten durch die Mitose.
Verordnung
Es gibt zwei vorgelagerte Checkpoint- Kinasen, die an der Regulierung der Mad1-Funktion durch Phosphorylierung beteiligt sind . Mps1 phosphoryliert Mad1 sowohl in vitro als auch in vivo und soll die Mad1- und Mad2-Lokalisierung in Kinetochoren und deren Interaktionsdynamik regulieren . BUB1 ist die andere Kinase, die Mad1 zu Kinetochoren rekrutiert und aktiviert, wenn ein Kinetochor nicht angebunden ist. Wenn ein Kinetochor an der Spindel befestigt ist, hemmt der SAC-Inhibitor p31 Comet die Mad1-vermittelte Konformationsumlagerung von Mad2 und verhindert, dass Mad2 an Cdc20 bindet.
Strukturelle Merkmale und Mechanismus
Durch biochemische Methoden wurde 1995 vorhergesagt, dass Mad1 ein 90 kD, 718 Reste umfassendes Coiled-Coil- Protein mit einer charakteristischen Stäbchenform kodiert . Bald darauf folgten Kristallstrukturen. 2002 wurde dann die Kristallstruktur von menschlichem Mad1 im Komplex mit menschlichem Mad2 unter Bildung eines Tetramers veröffentlicht. Aufgrund experimenteller Beschränkungen zeigt die Struktur nur die Mad1-Reste 484 - 584. Verlängerte Mad1-Monomere werden durch eine parallele Coiled-Coil mit den N-terminalen Alpha-Helices fest zusammengehalten. Die Mad1-Ketten zeigen vom Coiled-Coil weg zu ihren Mad2-Liganden und bilden mit Mad2 zwei Unterkomplexe. Das Segment zwischen Alpha-Helices 1 und 2 enthält die Mad2-Bindungsdomäne. Der erste Teil dieser Bindungsdomäne ist flexibel und nimmt verschiedene Konformationen an, wodurch ein asymmetrischer Komplex entsteht. Sironi et al. zeigen, dass Mad1 so wirkt , dass es die Rate der Mad2- Cdc20- Komplexbildung verlangsamt und daher in vivo als kompetitiver Inhibitor wirkt . Darüber hinaus schlagen die Autoren vor, dass die Mad1-Mad2-Bindungsstellen innerhalb der Struktur vergraben sind, was die Bindungsstellen möglicherweise für die Cdc20-Bindung unzugänglich macht. Die Mad1-Mad2-Bindung ist insofern ungewöhnlich, als sich der Mad2-C-Terminus über Mad1 faltet. Die Autoren schlussfolgern daher, dass ein ungestörter Mad1-Mad2-Komplex Mad2 nicht freisetzt, was einen neuen, bisher kaum verstandenen Mechanismus der Konformationsänderung erfordert.
Krebs
Nichtübereinstimmungen der Chromosomenzahl (Aneuploidien) während der Meiose sind für menschliche Krankheiten wie das Down-Syndrom verantwortlich und treten auch häufig in Krebszellen auf. Die wesentliche Funktion des SAC lässt die Hypothese aufkommen, dass Mutationen des SAC und insbesondere die Inaktivierung von SAC eine Ursache für die Tumorentstehung sein oder zumindest die Tumorentstehung begünstigen könnten. Gegen diese Idee wurde gezeigt, dass Krebszellen Apoptose eingehen, wenn Komponenten des SAC nicht vorhanden sind. In diesem Modell wird die SAC-Inaktivierung im Gegensatz zu dem anderen Modell zu einem möglichen Weg, um sich schnell teilende Krebszellen abzutöten. Die molekularen Verbindungen zwischen Mad1p, dem SAC, Apoptose und Krebs sind noch nicht vollständig verstanden.