ORC2のPLK1リン酸化は、ストレス条件下でDNA複製を促進する

ポロ様キナーゼ1（PLK1）は、有糸分裂において極めて重要な役割を果たします。ただし、Sフェーズでの機能についてはほとんど知られていません。この研究では、PLK1の阻害がDNAの複製を損ない、培養がん細胞のS期の進行​​が遅くなることを示しています。DNA複製機構のメンバーである原点認識複合体2（ORC2）をPLK1基質として特定し、PLK1がin vitroおよびin vivoでSer188でORC2をリン酸化することを示しました。さらに、DNA複製が紫外線、ヒドロキシ尿素、ゲムシタビン、またはアブジコリン治療によって誘導されるチャレンジを受けている場合、ORC2-S188リン酸化が強化されます。ORC2のリン酸化不能変異体（S188A）を発現する細胞は、ストレス下でのDNA合成に欠陥があり、このリン酸化イベントがストレス下でDNA複製を維持するために重要であることを示唆しています。この観察に関連するメカニズムを分析するために、ORC2-S188リン酸化はDNA複製起源と関連し、ORC2-S188A変異体を発現する細胞がDNA複製ストレス下で機能的なプレリプライカス錯体（Pre-RC）を維持できないことを示しました。さらに、S相の進行の遅延を引き起こすために、ORC2-S188A発現細胞ではS期内チェックポイントがアクティブになります。私たちの研究は、ゲノムの完全性を維持するためにストレスの条件下でのDNA複製を促進する際のPLK1の新しい役割を示唆しています。

Polo-like kinase 1 (Plk1) plays pivotal roles in mitosis; however, little is known about its function in S phase. In this study, we show that inhibition of Plk1 impairs DNA replication and results in slow S-phase progression in cultured cancer cells. We have identified origin recognition complex 2 (Orc2), a member of the DNA replication machinery, as a Plk1 substrate and have shown that Plk1 phosphorylates Orc2 at Ser188 in vitro and in vivo. Furthermore, Orc2-S188 phosphorylation is enhanced when DNA replication is under challenge induced by ultraviolet, hydroxyurea, gemcitabine, or aphidicolin treatment. Cells expressing the unphosphorylatable mutant (S188A) of Orc2 had defects in DNA synthesis under stress, suggesting that this phosphorylation event is critical to maintain DNA replication under stress. To dissect the mechanism pertinent to this observation, we showed that Orc2-S188 phosphorylation associates with DNA replication origin and that cells expressing Orc2-S188A mutant fail to maintain the functional pre-replicative complex (pre-RC) under DNA replication stress. Furthermore, the intra-S-phase checkpoint is activated in Orc2-S188A-expressing cells to cause delay of S-phase progress. Our study suggests a novel role of Plk1 in facilitating DNA replication under conditions of stress to maintain genomic integrity.