Characterization of Mps1 mutations identified in cancer samples

Abstract

Mitosis is the phase of the cell cycle in which the cell divides into two genetically identical daughter cells. The spindle assembly checkpoint (SAC), also known as mitotic checkpoint, safeguards the transition from metaphase to anaphase and is responsible for correct chromosome segregation by delaying the onset of anaphase until the chromosomes are properly attached to the mitotic spindle. The SAC is comprised of the mitotic checkpoint complex (MCC), which is formed by Mad2, BubR1, Bub3 and Cdc20. Apart from the MCC many more proteins are essential for the proper function of the SAC, including the kinases Aurora B and Mps1. Mps1 is an essential threonine/tyrosine kinase that not only controls the recruitment of SAC proteins to unattached kinetochores starting the SAC signal but also monitors the formation of correct kinetochore-microtubule attachments. Depletion of Mps1 causes shortening of the time cells spend in mitosis due to the premature satisfaction of the SAC. This results in errors in chromosome segregation, which is associated with aneuploidy and chromosomal instability (CIN). Although aneuploidy and CIN have often been associated with tumorigenesis and tumor progression, cells can only cope with a certain level of chromosome imbalances. Overexpression of Mps1 has already been described as a protective mechanism against aneuploidy in several cancer types. These observations led to the development of small molecule inhibitors against cell cycle kinases, such as Mps1, which explore the concept that increased missegregation rates are detrimental for cell survival. Although described to exhibit promising results in cell culture and xenograft models, resistance to some of the developed inhibitors, such as Aurora B and PLK1, has already been reported. On the other hand, resistance to Mps1 inhibitors has not been described so far and is a very relevant point to be addressed. After characterization of four mutations present in the kinase domain of Mps1 and identified in tumor samples, we show that certain mutations can confer tumors resistance to specific Mps1 inhibitors. Besides this, two more mutations also identified in tumor samples are studied to better understand Mps1 contribution to tumorigenesis. However, characterization of these two new Mps1 mutations did not confer new insights on the role of this kinase in the process of tumorigenesis.

A mitose é a fase do ciclo celular na qual a célula divide-se em duas células-filhas idênticas. O ponto de controlo mitótico controla a transição de metáfase para anáfase e é responsável pela correta segregação de cromossomas ao atrasar a entrada em anáfase até garantir que todos os cromossomas estão corretamente ligados ao fuso mitótico. O ponto de controlo mitótico é composto por um complexo formado pelas proteínas Mad2, BubR1, Bub3 e Cdc20. Além deste complexo, muitas outras proteínas são essenciais para o seu correto funcionamento, incluindo a Aurora B e a Mps1. A Mps1 é uma quinase treonina/tirosina essencial que não só controla o recrutamento de proteínas do ponto de controlo mitótico para os cinetócoros livres dando início ao sinal ativador deste mas também monitoriza a formação das ligações corretas entre os cinetócoros e os microtúbulos. Depleção da Mps1 leva ao encurtamento do tempo que a célula passa em mitose devido à satisfação prematura do ponto de controlo mitótico. Isto resulta em erros de segregação dos cromossomas, o que está associado a aneuploidia e instabilidade cromossómica (IC). Apesar da aneuploidia e a IC estarem associados a tumorigénese e progressão tumoral, as células conseguem apenas lidar com certos níveis de desequilíbrios cromossómicos. Sobrexpressão da Mps1 já foi descrita como sendo um mecanismo protetor para a aneuploidia em vários tipos de tumores. Estas observações levaram ao desenvolvimento de inibidores contra várias quinases do ciclo celular, entre as quais a Mps1, que pretendem explorar o conceito de que elevados níveis de erros de segregação são prejudiciais para a sobrevivência das células. Apesar de terem mostrado resultados promissores em cultura de células e modelos xenográficos, resistência contra alguns dos inibidores, como contra a Aurora B e PLK1, já foi reportada. No entanto, resistência a inibidores da Mps1 não foi ainda descrita e parece um ponto bastante relevante que deve ser endereçado. Após caracterização de quatro mutações no domínio quinase da Mps1 identificadas em amostras tumorais, é aqui mostrado que certas mutações conferem aos tumores resistência a inibidores da Mps1. Duas outras mutações, também identificadas em amostras tumorais, são estudadas para melhor compreender a contribuição da Mps1 para a tumorigénese. No entanto, caracterização destas duas mutações não contribuiu para o melhor conhecimento do papel desta quinase neste processo.