セパラーゼによって引き起こされるアポトーシスは、有糸分裂の最小の長さを強制する

Separase-triggered apoptosis enforces minimal length of mitosis.

• Susanne Hellmuth
• Olaf Stemmann

抄録

有糸分裂の延長はしばしばアポトーシスを引き起こす。短縮された有糸分裂は腫瘍性の異数分裂を引き起こすが、それがアポトーシス機構をも活性化するかどうかは不明である。システインプロテアーゼであり、すべての真核生物のアナフェーズの引き金であるセパラーゼは、カスパーゼ様触媒ドメインを持っているが、これまで細胞死とは関連していなかった。ここでは、すでに活性なセパラーゼが存在する状態で有糸分裂に入ったヒト細胞が、抗アポトーシス作用を持つMCL1とBCL-XLがセパラーゼによって直接切断され、有糸分裂中に急速に死滅することを示している。この切断は、MCL1とBCL-XLがプロアポトーシスBAKを隔離するのを防ぐだけでなく、有糸分裂の際にそれらを活性な死のプロモーターに変換する。我々のデータは、最も致命的な切断フラグメントであるMCL1のC末端半分が、ミトコンドリア外膜にBAK/BAX様の孔を形成していることを強く示唆している。MCL1およびBCL-XLは、NEK2Aによるリン酸化の際にのみセパラーゼ基質に変化する。このキナーゼを早期に分解することは、メタフェーズでのセパラーゼ活性化に伴うアポトーシスを防ぐために重要である。紡錘体組立チェックポイントを阻害して有糸分裂を促進すると、NEK2Aとセパラーゼの酵素活性が時間的に重なり、結果的に細胞死を引き起こすことになる。我々は、NEK2Aとセパラーゼが共同で紡錘体組立チェックポイントの完全性をチェックし、有糸分裂の早期進行により染色体欠落を起こしやすい細胞を排除することを提案している。

Prolonged mitosis often results in apoptosis. Shortened mitosis causes tumorigenic aneuploidy, but it is unclear whether it also activates the apoptotic machinery. Separase, a cysteine protease and trigger of all eukaryotic anaphases, has a caspase-like catalytic domain but has not previously been associated with cell death. Here we show that human cells that enter mitosis with already active separase rapidly undergo death in mitosis owing to direct cleavage of anti-apoptotic MCL1 and BCL-XL by separase. Cleavage not only prevents MCL1 and BCL-XL from sequestering pro-apoptotic BAK, but also converts them into active promoters of death in mitosis. Our data strongly suggest that the deadliest cleavage fragment, the C-terminal half of MCL1, forms BAK/BAX-like pores in the mitochondrial outer membrane. MCL1 and BCL-XL are turned into separase substrates only upon phosphorylation by NEK2A. Early mitotic degradation of this kinase is therefore crucial for preventing apoptosis upon scheduled activation of separase in metaphase. Speeding up mitosis by abrogation of the spindle assembly checkpoint results in a temporal overlap of the enzymatic activities of NEK2A and separase and consequently in cell death. We propose that NEK2A and separase jointly check on spindle assembly checkpoint integrity and eliminate cells that are prone to chromosome missegregation owing to accelerated progression through early mitosis.