Defining the mechanisms by which NuMA drives spindle mechanical robustness
定义 NuMA 驱动主轴机械稳健性的机制
基本信息
- 批准号:10677401
- 负责人:
- 金额:$ 4.36万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-12-01 至 2025-11-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AblationAffectAneuploidyAutomobile DrivingBindingBiological AssayCell divisionCellsChromosome SegregationChromosomesComplexConsumptionDataDefectDiseaseDynein ATPaseEnergy consumptionFailureGenerationsGenomeHumanImage AnalysisIn VitroLasersLeadLengthLinkMalignant NeoplasmsMechanicsMetaphaseMicrotubulesMinus End of the MicrotubuleMitosisMitoticMolecularMotorPlayPropertyProteinsRegulationRoleStructureSystemTestingUniversity of Pittsburgh Cancer InstituteWalkingWorkcancer cellcancer typecell motilitycrosslinkdaughter cellknock-downmalignant mouth neoplasmmicroscopic imagingmutantnovel therapeutic interventionnovel therapeuticsoverexpressionpreventquantitative imagingrecruitresponsesegregation
项目摘要
Project Summary/Abstract
Errors in chromosome segregation lead to aneuploidy, a hallmark of cancer where daughter cells
have extra or missing chromosome copies. Spindle pole defects, such as multipolarity, are one cause
of aneuploidy, indicating that pole integrity is critical to segregation fidelity. Thus, understanding how
the spindle’s mechanical robustness emerges to build and maintain proper poles is crucial to
understanding how the spindle accurately functions, and how it fails in disease such as cancer.
The protein NuMA and the motor dynein drive pole focusing by clustering microtubule minus-ends.
Given this role in pole focusing, altering NuMA expression or function could lead to cancer by
increasing multipolarity and aneuploidy. Indeed, NuMA is overexpressed in certain cancer types and
NuMA overexpression correlates with increased multipolarity and aneuploidy. However, the molecular
mechanisms by which NuMA gives rise to spindle mechanics and pole integrity, and its role in cancer,
are far from clear. Based on recent work and preliminary data, I hypothesize that NuMA plays two
separate roles in spindle mechanics and that NuMA disruptions in cancer cells affect both roles: a
passive (non-energy consuming) role crosslinking microtubules and a role regulating the motility of
the active motor dynein. Either or both roles could be disrupted, and targeted, in a cancer context.
Here, I propose to test this hypothesis by combining molecular and mechanical perturbations,
microscopy, and quantitative image analysis in human metaphase cells. In Aim 1, I will test whether
and how NuMA plays a dynein-independent, passive role in spindle mechanics. To do so, I will use
PDMS-based cell confinement to mechanically challenge normal and cancer spindles where NuMA
can and cannot interact with dynein, and will compare how poles structurally fail under force. In Aim 2,
I will determine how NuMA regulates dynein function to drive spindle mechanics. Using a functional
NuMA/dynein transport assay, I will test whether and how NuMA regulates dynein force generation in
the spindle. Specifically, I will compare the ability of different NuMA mutants to change dynein force
generation, focusing on a mutant that lacks the coiled-coil suspected necessary for dynein activation
and a mutant preventing NuMA from oligomerizing and clustering dyneins together. Finally, I will use
these same NuMA mutants and cell confinement to test if NuMA regulating dynein is essential for
pole mechanical integrity in cancer spindles.
Together, these aims will determine how the essential protein NuMA drives spindle mechanics
and how NuMA’s active and passive roles contribute to its disrupted function in cancer cells. As such,
this work will allow us to identify mechanisms for spindle pole failures and may provide new
therapeutic strategies to control multipolarity and aneuploidy in cancer.
项目概要/摘要
染色体分离错误会导致非整倍体,这是癌症的一个标志,其中子细胞
染色体拷贝过多或缺失是原因之一。
非整倍性,表明极完整性对于分离保真度至关重要,因此,了解如何进行分离。
主轴的机械坚固性对于构建和维护适当的杆至关重要
了解纺锤体如何准确发挥作用,以及它如何在癌症等疾病中失效。
蛋白质 NuMA 和运动动力蛋白通过聚集微管负端来驱动极聚焦。
鉴于这种在极点聚焦中的作用,改变 NuMA 表达或功能可能会通过以下方式导致癌症:
事实上,NuMA 在某些癌症类型中过度表达。
NuMA 过度表达与多极性和非整倍性增加相关。
NuMA 产生纺锤体力学和极完整性的机制及其在癌症中的作用,
根据最近的工作和初步数据,我认为 NuMA 扮演两个角色。
纺锤体力学中的不同作用,并且癌细胞中的 NuMA 破坏会影响这两种作用:
被动(非能量消耗)作用交联微管和调节运动性的作用
在癌症背景下,活跃的运动动力蛋白中的一个或两个作用都可能被破坏和靶向。
在这里,我建议通过结合分子和机械扰动来检验这个假设,
在目标 1 中,我将测试是否存在。
以及 NuMA 如何在主轴力学中发挥独立于动力蛋白的被动作用 为此,我将使用。
基于 PDMS 的细胞限制,以机械方式挑战正常和癌症纺锤体,其中 NuMA
可以和不能与动力蛋白相互作用,并将比较在力作用下杆的结构如何失效。
我将确定 NuMA 如何使用功能函数调节动力蛋白功能来驱动主轴力学。
NuMA/动力蛋白转运测定,我将测试 NuMA 是否以及如何调节动力蛋白力的产生
具体来说,我将比较不同 NuMA 突变体改变动力蛋白力的能力。
一代,重点关注缺乏动力蛋白激活所必需的卷曲螺旋的突变体
以及阻止 NuMA 寡聚和聚集动力蛋白的突变体最后,我将使用。
这些相同的 NuMA 突变体和细胞限制来测试 NuMA 调节动力蛋白是否对于
癌纺锤体中的极机械完整性。
这些目标共同决定了必需蛋白质 NuMA 如何驱动纺锤体力学
以及 NuMA 的主动和被动作用如何导致其在癌细胞中的功能受损。
这项工作将使我们能够确定主轴杆故障的机制,并可能提供新的
控制癌症多极性和非整倍性的治疗策略。
项目成果
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