Anja Hanisch

• During mitosis the duplicated chromosomes have to be faithfully segregated into the nascent daughter cells in order to maintain genomic stability. This critical process is dependent on the rearrangement of the interphase microtubule (MT) network, resulting in the formation of a bipolar mitotic spindle. For proper chromosome segregation all chromosomes have to become connected to MTs emanating from opposite spindle poles. The MT attachment sites on the chromosomes are the kinetochores (KTs), which are also required to monitor the integrity ofDuring mitosis the duplicated chromosomes have to be faithfully segregated into the nascent daughter cells in order to maintain genomic stability. This critical process is dependent on the rearrangement of the interphase microtubule (MT) network, resulting in the formation of a bipolar mitotic spindle. For proper chromosome segregation all chromosomes have to become connected to MTs emanating from opposite spindle poles. The MT attachment sites on the chromosomes are the kinetochores (KTs), which are also required to monitor the integrity of KT-MT interactions via the spindle assembly checkpoint (SAC). The first part of this work concerns the action of Polo-like kinase 1 (Plk1). Plk1 is one of the most prominent mitotic kinases and is involved in the regulation of multiple essential steps during mitosis consistent with its dynamic localisation to spindle poles, KTs and the central spindle. Despite a nice model of Plk1 targeting to different mitotic structures via its phosphopeptide binding Polo-box domain (PBD), the exact molecular details of Plk1 functioning, in particular at the KTs, remain obscure. By two different approaches we obtained cells with an unlocalised Plk1 kinase activity: first by generating stable HeLa S3 cell lines, which upon induction expressed the PBD and thus displaced endogenous Plk1 from its sites of action. Secondly, by rescuing cells RNAi-depleted of Plk1 with the catalytic Plk1 domain only. Centrosome maturation, bipolar spindle assembly and loss of cohesion between the chromatid arms proceeded normally in either cells, in contrast to Plk1-depleted cells, arguing that PBD-mediated targeting of Plk1 is less critical for the tested functions. Remarkably, however, both the PBD expressing as well as the Plk1-depleted cells rescued with the catalytic domain of Plk1 arrested in early mitosis in a SAC-dependent manner with uncongressed chromosomes. These data disclose a so far unrecognised role of Plk1 in proper chromosome congression and point at a particular requirement for PBD-mediated localised Plk1 activity at the KTs. In the second part of the thesis, we characterised a novel spindle and KT associated protein, termed Ska1, which was originally identified in a spindle inventory. Ska1 associated with KTs following MT attachment during prometaphase and formed a complex with at least another novel protein of identical localisation, called Ska2. Ska1 was required for Ska2 stability in vivo and depletion of either Ska1 or Ska2 resulted in the loss of both proteins from the KTs. The absence of Ska proteins did not disrupt overall KT structure but most strikingly induced cells to undergo a prolonged SAC-dependent delay in a metaphase-like state. The delay was characterised by weakened kinetochore-fibre stability, recruitment of Mad2 protein to a few KTs and the occasional loss of individual chromosomes from the metaphase plate. These data indicate that the Ska1/2 complex plays a critical role in the maintenance of a KT-MT attachments and/or SAC silencing.…
• Während der Mitose müssen die replizierten Chromosomen präzise auf die neu entstehenden Tochterzellen verteilt werden, um genomische Stabilität zu garantieren. Dieser Prozeß hängt von dem Umbau des Mikrotubuli (MT)-Netzwerkes der Interphase zu einer mitotischen bipolaren Spindel ab. Für eine fehlerfreie Trennung aller Chromosomen müssen diese jeweils mit MT der entgegengesetzten Spindelpole verknüpft werden. Kinetochore bilden die Anheftungspunkte der MT an den Chromosomen und überwachen mittels des Spindel-Kontrollpunktes (SAC) auch dieWährend der Mitose müssen die replizierten Chromosomen präzise auf die neu entstehenden Tochterzellen verteilt werden, um genomische Stabilität zu garantieren. Dieser Prozeß hängt von dem Umbau des Mikrotubuli (MT)-Netzwerkes der Interphase zu einer mitotischen bipolaren Spindel ab. Für eine fehlerfreie Trennung aller Chromosomen müssen diese jeweils mit MT der entgegengesetzten Spindelpole verknüpft werden. Kinetochore bilden die Anheftungspunkte der MT an den Chromosomen und überwachen mittels des Spindel-Kontrollpunktes (SAC) auch die korrekte Ausbildung der Kinetochor-MT Interaktionen. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Polo-like Kinase 1 (Plk1). Plk1 gehört zu den wichtigsten mitotischen Kinasen und ist an der Regulation vieler essentieller Schritte im Verlauf der M-Phase beteiligt, was sich auch in ihrer dynamischen Lokalisation wiederspiegelt (Spindelpole, Kinetochore, Zentralspindel). Obwohl wir schon eine Vorstellung davon haben, wie Plk1 mittels ihrer Phosphopeptid-bindenden Polo-box Domäne (PBD) an die mitotischen Zielstrukturen bindet, ist dennoch weiterhin unklar, wie Plk1 auf molekularer Ebene ihre Funktionen, besonders hinsichtlich der Kinetochore, ausübt. Auf zwei Arten generierten wir Zellen mit ungebundener Plk1 Aktivität: zum einen, indem wir stabile HeLa S3 Zelllinien herstellten, die induzierbar die PBD exprimierten, welche wiederum endogene Plk1 von ihren Zielstrukturen verdrängte, und zum anderen, indem wir in Plk1 depletierten Zellen nur die Kinase-Domäne von Plk1 exprimierten. Zentrosomreifung, Ausbildung bipolarer Spindeln und Abbau der Chromosomencohäsion verliefen im Gegensatz zu Plk1-RNAi behandelten Zellen normal, was darauf schließen lässt, dass für diese Funktionen PBD-vermitteltes Binden von Plk1 an die jeweiligen Zielstrukturen nicht essentiell ist. Stattdessen arretierten diese Zellen SAC-abhängig mit unzulänglich an der Metaphase-Platte ausgerichteten Chromosomen. Unsere Daten offenbaren eine neue Rolle von Plk1 bei der Bildung der Metaphase-Platte und deuten darauf hin, dass diese spezielle Funktion eine PBD-vermittelte Lokalisation der Plk1 Aktivität am Kinetochor benötigt. Der zweite Teil dieser Arbeit ist der Charakterisierung eines neuen Spindel- und Kinetochor-assoziierten Proteins namens Ska1 gewidmet, das wir im Zuge eines Spindelkomponenten-Screens identifizierten. Wir fanden heraus, dass Ska1 in einem Komplex mit mindestens einem weiteren uncharakterisierten Protein identischer Lokalisation, Ska2 genannt, existiert. Ska1 wird für Ska2 Stabilität benötigt und die Lokalisationen dieser Ska Proteine hängen voneinander ab. Obwohl sie für den richtigen Aufbau des Kinetochores verzichtbar sind, führt ihre Depletion zu einem überlangen Verbleib der Zellen in einem Metaphase-ähnlichen Zustand, der durch destabilisierte Kinetochor-Fasern, Ansammlung von Mad2 an einzelnen Kinetochoren und den gelegentlichen Verlust einzelner Chromosomen von der Metaphase-Platte charakterisiert ist. Dies weist auf eine Rolle des Ska-Komplexes bei der Stabilisierung gebildeter Kinetochor-MT-Anheftungen hin und/oder auf eine Beteiligung an der Inaktivierung des SAC.…