Mad1 es una proteína de la levadura y otros eucariotas que participa en el punto de control del ensamblaje del huso ( SAC ) [1] . Este punto de control controla la unión de los microtúbulos a los cromosomas y evita que la célula entre en la anafase hasta que el huso esté completamente ensamblado. El nombre Mad se da porque las células mutantes para esta proteína exhiben un bloqueo defectuoso de la mitosis ( del inglés mitosis arrest deficient, Mad ) durante la despolimerización de los microtúbulos . MAD1 recluta el inhibidor de la anafase Mad2 para liberar cinetocoros que no se han conectado a los microtúbulos del huso y es esencial para la formación del complejo Mad2-Cdc20 in vivo , pero no in vitro . In vivo , Mad1 actúa como un inhibidor competitivo del complejo Mad2-Cdc20 [2] . Mad1 es fosforilado por la quinasa Mps1 , que, junto con otros procesos, conduce a la formación del complejo de punto de control mitótico (MCC ) . Por lo tanto, inhibe la actividad del complejo de estimulación anafase/ciclosoma (APC/C). Los homólogos de Mad1 se conservan evolutivamente en eucariotas desde levaduras hasta mamíferos . Al regular el ciclo celular y la segregación cromosómica , además de realizar algunas funciones de interfase, Mad1 está involucrada en el desarrollo de muchos tumores y enfermedades genéticas (por ejemplo, asociadas con aneuploidía ) [3] [4] .
Las células eucariotas muestran bloqueo de la mitosis en presencia de inhibidores de la polimerización de microtúbulos . El punto de control del ensamblaje del huso (SAC) supervisa el estado del huso y vincula la transición de la metafase a la anafase con la unión bipolar correcta de todos los cinetocoros al huso mitótico. SAC inhibe la actividad del complejo de estimulación de la anafase (APC/C), evitando la degradación de los efectores aguas abajo que, de lo contrario, conducirían a la entrada en la anafase y la finalización de la mitosis. La interrupción de Mad1 da como resultado la pérdida de la función SAC. Mad1 se localiza predominantemente en cinetocoros solitarios y desencadena una detención mitótica incluso en el caso de un solo cinetocoro solitario. Mad1 recluta un componente SAC importante, Mad2, para cinetocoros solitarios (ver Fig.) e induce un aumento en la señal de detención mitótica. Hay un grupo de Mad2 citoplasmático libre en una conformación abierta inactiva llamada o-Mad2. Cuando se une a Mad1, Mad2 adopta una conformación activa llamada cerrada (c-MAD2) y forma un heterotetrámero de dos subunidades Mad1 y dos c-Mad2. El heterotetrámero de MAD1-c-Mad2 es muy estable y funciona como un receptor catalítico para o-Mad2 citoplasmático libre. El o-Mad2 libre se une a este receptor y cambia su conformación a la forma cerrada activa. Este segundo c-MAD2 se transfiere a la ciclina Cdc20 por un mecanismo aún desconocido y forma el complejo Cdc20-c-Mad2. Este complejo es un componente esencial del complejo del punto de control mitótico (MCC). MCC se une e inhibe APC/C y, por lo tanto, bloquea el curso posterior de la mitosis [5] [6] .
Además de participar en la regulación de la mitosis, Mad1 también tiene algunas funciones de interfase . En particular, se encontró que la interfase en el aparato de Golgi contiene Mad1. A diferencia de Mad1 citoplasmático , Mad1 del aparato de Golgi es independiente de Mad2. La deficiencia de Mad1 provoca una secreción alterada de integrina α5 y, como consecuencia, una unión y adhesión celular alteradas y una motilidad celular reducida. Por el contrario, su sobreexpresión conduce a un aumento de la migración celular dirigida [3] .
En las plantas, se ha demostrado que Mad1 participa en la endopoliploidización y la floración al interactuar con la proteína Mos1, un regulador negativo de la inmunidad de las plantas [7] .
Hay dos quinasas de punto de control involucradas en la regulación de la función Mad1 a través de la fosforilación [8] . Uno de ellos, Mps1, fosforila MAD1 tanto in vitro como in vivo y se cree que regula la localización de Mad1 y Mad2 en los cinetocoros y la dinámica de su interacción. Otra quinasa, BUB1 , recluta a Mad1 a los cinetocoros y la activa si hay cinetocoros sueltos [5] . Si el cinetocoro está unido al huso, el cometa p31 inhibidor de SAC inhibe el reordenamiento conformacional de Mad1 a Mad2 y evita que Mad2 se una a Cdc20 [5] .
Los métodos bioquímicos predijeron en 1995 que la proteína Mad1 es una proteína de doble cadena con una forma de barra característica, una masa de 90 kDa y que incluye 718 residuos de aminoácidos [9] [1] . Luego, en 2002, se publicó la estructura cristalina de Mad1 humano complejado con Mad2 para formar un tetrámero (ver figura). Debido a limitaciones experimentales, esta estructura muestra solo los residuos de aminoácidos 484 a 584 que forman parte de Mad1. Los monómeros alargados de MAD1 están estrechamente unidos en una doble hélice paralela que involucra hélices alfa N-terminales . Las cadenas MAD1 apuntan desde las dobles hélices a sus ligandos Mad2 , formando dos subcomplejos con Mad2. El segmento entre las hélices alfa 1 y 2 contiene el dominio de unión Mad2 . La primera parte de este dominio de unión es flexible y adopta diferentes conformaciones que provocan la asimetría del complejo. Mediante estudios termodinámicos se ha demostrado que Mad1 es capaz de ralentizar la tasa de formación del complejo Mad2-Cdc20 y, por lo tanto, actúa como un inhibidor competitivo in vivo . Además, se encontró que los sitios de unión de Mad1 y Mad2 estaban dentro del complejo, lo que posiblemente hacía que los sitios de unión de Cdc20 fueran inaccesibles para él. El enlace Mad1-Mad2 es inusual en el sentido de que el extremo C de Mad2 se extiende por Mad1. En este sentido, se supone que el complejo Mad1-Mad2 inactivo no es capaz de liberar Mad2, por lo tanto, esto requiere un mecanismo nuevo, hasta ahora poco conocido, de reordenamientos conformacionales del complejo [2] .