Constitutively active-RSK2 induces chromosomal instability through diverse mechanisms

Abstract

The Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway regulates various cellular processes including cell survival, cell proliferation cell motility and cell cycle regulation. And mutation or activation of the signaling pathway has been related to cancer development. Cancer cell has a state in which the number of chromosomes in a cell deviates from multiples of the haploid number of chromosomes (aneuploidy). The accumulation of chromosome imbalances generated by the sequential loss and/or gain of single chromosomes through chromosomal instability may be the most common pathway to aneuploidy. We observed that constitutively acvtive RSK2 induced chromosomal instability such as lagging chromosome and chromosome bridge, micro-nucleus and abnormal number of chromosome. Mechanism study revealed that constitutively active RSK2 induced chromosomal instability through spindle assembly checkpoint defects and kinetochore-microtubule (KT-MT) attachment defects. Since RSK2 localizes in microtubule during mitosis, we focused on the relationship between RSK2 and microtubule. We nalyzed kinetochore-microtubule (KT-MT) attachment dynamics through cold stable assay and nocodazole sensitivity assay. Interestingly, these results indicate that constitutively active RSK2 enhanced the stability of microtubules. In addition, we observed that the co-transfection of RSK2 and MCAK decreased lagging chromosome and chromosome bridge during anaphase, indicating that enhancement of kinetochore microtubule stability was indeed the cause of CIN in these cells. Taken together, constitutively active RSK2 induced chromosomal instability through increase in the stability of microtubules. Yet unidentified effect of RSK2 activation in SAC activity also seems to affect CIN. We hereby provide a possible new insight on therole of RSK2 activation in cancer formation as well as to cancer progression.

Ras/Mitogen-activated protein kinase (MAPK) 신호전달 체계는 세포 생존, 세포 증식, 세포 성장, 세포 이동 등의 세포 활동에 있어서 중요한 역할을 한다고 알려져 있으며, 신호전달체계의 활성화나 돌연변이는 암의 발생에 있어서 중요하게 연관이 되어 있다고 알려져 있다. 암세포는 염색체의 수를 비정상적으로 가지고 있으며 (aneuploidy), 염색체의 비정상적인 구조를 가지고 있는데, 이러한 비정상적인 염색체의 형태는 대부분의 암에서 나타나며, aneuploidy가 지속적으로 나타나는 현상을 유전체 불안정성 (chromosome instability, CIN) 이라고 한다. 본 연구에서는 Ras/MAP Kinase 신호전달체계 중 하류에 위치한 RSK2가 지속적인 활성화를 가지면 유전체 불안정성이 유도되는지, 그 기전은 무엇인지 확인하였다. 지속적인 활성화를 보이는 RSK2변이체 (RSK2-Δα, RSK2-Y707A) 를 발현시킨 HeLa 세포에서는 anaphase동안 lagging chromosome, chromosome bridge 그리고 micro-nucleus가 증가되고, 유전체 불안정성 실험결과 유전체 불안정성 표현형을 갖게 됨을 관찰하였다. 유전체 불안정성을 유도하는 기전 중 RSK2가 지속적인 활성을 가지게 되면 spindle assembly checkpoint defects와 kinetochore-microtubule (KT-MT) attachment defect를 통하여 유전체 불안정성을 유도한다는 것을 관찰 할 수 있었다. Kinetochore-microtubule (KT-MT) attachment의 변화 양상을 확인한 결과, RSK2의 지속적인 활성이 microtubule을 더 안정하게 만든다는 것을 cold stable assay와 nocodazole sensitivity assay를 통해 확인 할 수 있었다. 더불어 microtubule을 depolymerization시키는 MCAK을 함께 넣어주면 RSK2활성에 의한 유전체 불안정성 현상이 억제됨을 확인함으로써 RSK2가 kinetochore-microtubule을 안정화함으로써 유전체 불안정성을 유발함을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과들은 RSK2의 지속적인 활성이 암화의 특징인 유전체 불안정성을 유도한다는 것과 그 기전을 보여 줌으로써 RSK2의 활성의 조절이 암의 형성에 있어서 중요하다는 것을 보여 준다.