Resumen de Role of GRK2 in orienting cell division and cell cycle decision-making to proliferation
- español
La regulación adecuada de los niveles de la quinasa GRK2 a lo largo de todo el ciclo celular es clave para el correcto funcionamiento de procesos como la separación de centrosomas, el posicionamiento del huso mitótico y la correcta progresión de las fases del ciclo. La señalización de EGFR induce la separación temprana de centrosomas a través de GRK2 que fosforila a MST2, lo que a su vez permite la activación de la quinasa NEK2A. Nuestros hallazgos muestran que las señales que permiten la actividad de este eje también activan la degradación de GRK2 por la ligasa Mdm2 y que esta degradación es dependiente de la fosforilación de GRK2 en la serina 670. Sorprendentemente, la proteína GRK2-S670A no logra fosforilar MST2 a pesar de superar la degradación dependiente de Mdm2, lo que da como resultado una separación defectuosa de los centrosomas, husos mitóticos más cortos y congregación cromosómica anormal. Por el contrario, los niveles adicionales de la quinasa de tipo salvaje en G2 provocan un aumento de las distancias entre centrosomas y husos más largos, lo que también da lugar a problemas de congregación. Además, nuestros datos indican que la correcta disminución de GRK2 en la transición G2/M proporciona la actividad catalítica y la interacción con proteínas precisa para el posicionamiento adecuado del huso mitótico. GRK2 altera el reclutamiento de NuMA en los microtúbulos y los polos del huso a través de la interacción con el dominio SH3 de ABL1 por un motivo rico en prolinas. La proteína mutada GRK2 Pro-box no es reclutada ni fosforilada por ABL1 y la configuración espacial del huso mitótico en las células HeLa que sobreexpresan este mutante presentan defectos en la longitud y el ángulo del huso mitótico. Esta desorientación del huso mitótico causada por la desregulación de GRK2 podría modificar el destino celular al alterar la asimetría de la división celular y las propiedades de diferenciación de las células. Por el contrario, los niveles de proteína GRK2 se recuperan activamente en la fase G1 en un proceso que depende de la fosforilación de GRK2 por NEK9, proceso posiblemente orquestado aguas debajo de CK2. Nuestros resultados muestran que la acumulación de GRK2 dependiente del ciclo celular durante la fase G1 es necesaria para el control mitogénico de dos fases previas a la progresión en fase S en las que se ve afectada la respuesta de p53 y el grado de activación de PI3K/AKT. La actividad catalítica de GRK2 es necesaria para el primer pulso mitógeno, mientras que la inhibición de la quinasa en el segundo reduce el número de células capaces de entrar en la fase S y progresar en el ciclo celular. Además, la sobreexpresión de GRK2 hace que las células epiteliales de mama sean hipersensibles a señales mitogénicas, lo que facilita la proliferación y la transformación celular independientes de factores de crecimiento. En general, nuestros resultados sugieren que la regulación inadecuada de GRK2 en el ciclo celular podría comprometer la fidelidad de la división celular por medio de la rápida progresión en G1 y el deterioro en el ensamblaje y funcionalidad del huso mitótico en mitosis, contribuyendo en conjunto al aumento de poliploidía y la inestabilidad genómica
- English
The proper regulation of G protein-coupled receptor kinase 2 (GRK2) levels throughout the cell cycle is key for the functioning of processes such as centrosome separation, the positioning of mitotic spindle, and the timely transition between cell cycle phases. EGFR signaling induces early centrosome separation through a pathway entailing GRK2 as a downstream kinase effector, which phosphorylates the Hippo pathway component MST2, in turn allowing NIMA kinase NEK2A activation for centrosomal linker disassembly. Our findings show that the signals enabling activity of the GRK2/MST2/NEK2A axis for separation also switches on the E3 ligase Mdm2 degradation of GRK2 depending on S670 residue phosphorylation to ensure accurate centrosome dynamics and proper mitotic spindle functionality. Remarkably, GRK2-S670A protein fails to phosphorylate MST2 despite overcoming Mdm2-dependent degradation, which results in defective centrosome separation, shorter spindles and abnormal chromosome congression. Conversely, extra levels of wild-type kinase in the G2 cause increased inter-centrosome distances with longer spindles, also converging in congression issues. Moreover, our data point that timely down-modulation of GRK2 at the G2/M transition provides the precise catalytic activity and interaction with other proteins for proper positioning of the mitotic spindle. GRK2 modulates the recruitment of NuMA into microtubules and spindle poles, probably involving an interaction with the SH3 domain of tyrosine kinase ABL1 through a proline-rich motif. GRK2 protein mutated at this Proline-box is neither recruited nor phosphorylated by ABL1 and the spatial configuration of the mitotic spindle in HeLa cells overexpressing this GRK2 mutant presents defects in the length and angle of the mitotic spindle. This tilting of the mitotic spindle caused by GRK2 dysregulation impacts on the cell fate by altering the asymmetry of cell division and the stemness properties of cells. Conversely, GRK2 protein levels are actively recovered in G1 phase in a process that depends on the phosphorylation of GRK2 by the NEK9 kinase, likely downstream of CK2. Our results show that cell cycle-dependent accumulation of GRK2 during G1 phase is required for the two-phase mitogenic control of S-phase commitment by means of affecting both the p53 response and the extent of PI3K/AKT activation. Catalytic activity of GRK2 is completely mandatory for the first mitogenic pulse while kinase inhibition in the second one reduces the number of cells capable of entering S phase and progress into the cell cycle. Moreover, upregulation of GRK2 renders breast epithelial cells hyper-responsive to spurious mitogenic signals, thereby facilitating GF-independent proliferation and cell transformation. Overall, our results suggest that deregulation of GRK2 might compromise the fidelity of cell division patterns by means of the impairment in mitotic spindle assembly and orientation. In addition, excess of GRK2 promotes uncontrolled progression in G1, altogether contributing to aberrant proliferation of cells with stemness properties and chromosomal instability
