In all eukaryotes, segregation of mitotic chromosomes requires their interaction with spindle microtubules. To dissect this interaction, we use live and fixed assays in the one-cell stage Caenorhabditis elegans embryo. We compare the consequences of depleting homologues of the centromeric histone CENP-A, the kinetochore structural component CENP-C, and the chromosomal passenger protein INCENP. Depletion of either CeCENP-A or CeCENP-C results in an identical “kinetochore null” phenotype, characterized by complete failure of mitotic chromosome segregation as well as failure to recruit other kinetochore components and to assemble a mechanically stable spindle. The similarity of their depletion phenotypes, combined with a requirement for CeCENP-A to localize CeCENP-C but not vice versa, suggest that a key step in kinetochore assembly is the recruitment of CENP-C by CENP-A–containing chromatin. Parallel analysis of CeINCENP-depleted embryos revealed mitotic chromosome segregation defects different from those observed in the absence of CeCENP-A/C. Defects are observed before and during anaphase, but the chromatin separates into two equivalently sized masses. Mechanically stable spindles assemble that show defects later in anaphase and telophase. Furthermore, kinetochore assembly and the recruitment of CeINCENP to chromosomes are independent. These results suggest distinct roles for the kinetochore and the chromosomal passengers in mitotic chromosome segregation.

Centrosomes mature as cells enter mitosis, accumulating γ-tubulin and other pericentriolar material (PCM) components. This occurs concomitant with an increase in the number of centrosomally organized microtubules (MTs). Here, we use RNA-mediated interference (RNAi) to examine the role of the aurora-A kinase, AIR-1, during centrosome maturation in Caenorhabditis elegans. In air-1(RNAi) embryos, centrosomes separate normally, an event that occurs before maturation in C. elegans. After nuclear envelope breakdown, the separated centrosomes collapse together, and spindle assembly fails. In mitotic air-1(RNAi) embryos, centrosomal α-tubulin fluorescence intensity accumulates to only 40% of wild-type levels, suggesting a defect in the maturation process. Consistent with this hypothesis, we find that AIR-1 is required for the increase in centrosomal γ-tubulin and two other PCM components, ZYG-9 and CeGrip, as embryos enter mitosis. Furthermore, the AIR-1–dependent increase in centrosomal γ-tubulin does not require MTs. These results suggest that aurora-A kinases are required to execute a MT-independent pathway for the recruitment of PCM during centrosome maturation.

Giving an old organelle the old heave-ho Centrioles are ancient cellular organelles that build centrosomes, the major microtubule-organizing centers in animal cells. Duplication of centrioles is tightly controlled to ensure that each dividing cell has precisely two centrosomes. Human cancer cells often have extra centrosomes, which has been hypothesized to confer a proliferative advantage. Wong et al. developed small molecules (centrinones) that allowed them to reversibly “delete” centrioles from cells (see the Perspective by Stearns). Surprisingly, cancer cells continued to divide in the absence of centrosomes, whereas normal cells stopped dividing. Science , this issue p. 1155 ; see also p. 1091

Kinetochores play an essential role in chromosome segregation by forming dynamic connections with spindle microtubules. Here, we identify a set of 10 copurifying kinetochore proteins from Caenorhabditis elegans , seven of which were previously uncharacterized. Using in vivo assays to monitor chromosome segregation, kinetochore assembly, and the mechanical stability of chromosome-microtubule attachments, we show that this copurifying protein network plays a central role at the kinetochore-microtubule interface. In addition, our analysis suggests that the network is comprised of three groups of proteins that contribute in distinct ways to this interface: KNL proteins act after the assembly of centromeric chromatin to generate the core of the microtubule-binding interface, MIS proteins control the rate and extent of formation of this interface, and NDC proteins are necessary to sustain tension during interactions with spindle microtubules. We also purify a similar set of associated proteins from human cells that includes four novel proteins and has recognizable homologs from each functional class. Thus, this protein network is a conserved constituent of the outer kinetochore, and the functions defined by our analysis in C. elegans are likely to be widely relevant.

In normal human cells, centrosome loss induced by centrinone-a specific centrosome duplication inhibitor-leads to irreversible, p53-dependent G1 arrest by an unknown mechanism. A genome-wide CRISPR/Cas9 screen for centrinone resistance identified genes encoding the p53-binding protein 53BP1, the deubiquitinase USP28, and the ubiquitin ligase TRIM37. Deletion of TP53BP1, USP28, or TRIM37 prevented p53 elevation in response to centrosome loss but did not affect cytokinesis failure-induced arrest or p53 elevation after doxorubicin-induced DNA damage. Deletion of TP53BP1 and USP28, but not TRIM37, prevented growth arrest in response to prolonged mitotic duration. TRIM37 knockout cells formed ectopic centrosomal-component foci that suppressed mitotic defects associated with centrosome loss. TP53BP1 and USP28 knockouts exhibited compromised proliferation after centrosome removal, suggesting that centrosome-independent proliferation is not conferred solely by the inability to sense centrosome loss. Thus, analysis of centrinone resistance identified a 53BP1-USP28 module as critical for communicating mitotic challenges to the p53 circuit and TRIM37 as an enforcer of the singularity of centrosome assembly.

A little bit of this and a little bit of that Centrosomes are the major microtubule-organizing centers in animal cells. Key to this function is the somewhat mysterious pericentriolar material (PCM). Woodruff et al. describe the in vitro reconstitution of PCM assembly. In cells, PCM is recruited by centrioles to form centrosomes that nucleate and anchor microtubules. SPD-5, the main component of the PCM matrix in Caenorhabiditis elegans , polymerized in vitro to form micrometer-sized porous networks. SPD-5 polymerization was directly controlled by the polo family kinase Plk1 and Cep192/SPD-2, two conserved regulators that control PCM assembly across metazoans. Science , this issue p. 808

Abstract Mitotic duration is tightly constrained, with extended mitotic duration being a characteristic of potentially problematic cells prone to chromosome missegregation and genomic instability. We show that memories of mitotic duration are integrated by a p53-based mitotic stopwatch pathway to exert tight control over proliferation. The stopwatch halts proliferation of the products of a single significantly extended mitosis or of successive modestly extended mitoses. Time in mitosis is monitored via mitotic kinase-regulated assembly of stopwatch complexes that are transmitted to daughter cells. The stopwatch is inactivated in p53-mutant cancers, as well as in a significant proportion of p53-wildtype cancers, consistent with classification of stopwatch complex subunits as tumor suppressors. Stopwatch status additionally influences efficacy of anti-mitotic agents currently used or in development for cancer therapy. One-Sentence Summary Time spent in mitosis is carefully monitored to halt the proliferation of potentially dangerous cells in a population.

SUMMARY Centrosomes are composed of a centriolar core surrounded by a pericentriolar material (PCM) matrix that docks microtubule-nucleating γ-tubulin complexes. During mitotic entry, the PCM matrix increases in size and nucleating capacity in a process called centrosome maturation. Polo-like kinase 1 (PLK1) localizes to centrosomes and phosphorylates PCM matrix proteins to drive their self-assembly, which leads to PCM expansion; this expansion has been assumed to passively increase microtubule nucleation to support spindle assembly. Here, we show that PLK1 directly controls the generation of binding sites for γ-tubulin complexes on the PCM matrix, independently of PCM expansion. Selective inhibition of PLK1-dependent γ-tubulin docking leads to spindle defects and impaired chromosome segregation, without affecting PCM expansion, highlighting the importance of phospho-regulated centrosomal γ-tubulin docking sites in spindle assembly. Inhibiting both γ-tubulin docking and PCM expansion by mutating substrate target sites fully accounts for the actions of PLK-1 in transforming the centrosome during mitotic entry. Summary Statement Polo-like kinase 1-mediated physical expansion of centrosomes during mitotic entry is proposed to passively increase their microtubule nucleating capacity. Ohta et al. show instead that generation of microtubule-nucleating sites is directly controlled by Polo-like kinase 1, independently of centrosome size.