研究成果

Plant Physiology—薛紅衛课题组揭示酪蛋白激酶CK1s参与调控植物细胞分裂的新机制

發布時間:2021-06-22 

细胞是动植物结构和功能的基本单位,细胞分裂是真核生物中保守而重要的生物学过程。细胞分裂异常不但会导致器官发育异常,失控的细胞周期在动物中会导致肿瘤等疾病的发生。细胞分裂受多个因子/复合体的精确调控,其中细胞周期蛋白依赖激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在细胞增殖过程中发挥重要作用,对细胞分裂及细胞周期调控机制的研究和阐明具有重要的科学意义。

蛋白磷酸化是一类重要的蛋白翻译后修饰,在众多信号转导途径和生理过程中发挥重要作用。蛋白磷酸化由蛋白激酶完成,其中酪蛋白激酶Casein kinase1s (CK1s) 是最早发现的蛋白激酶,在真核生物中高度保守并在节律、环境响应、表观遗传调控等生物学过程中发挥重要调控作用。目前已发现部分CK1s成员参与了动物细胞增殖的调控,但其是否调控植物细胞分裂,以及相关的作用机制,目前仍不清楚。

近日,万森彩票農業與生物學院薛紅衛教授課題組在Plant Physiology上發表了題爲Plant casein kinases phosphorylate and destabilize a cyclin-dependent kinase inhibitor to promote cell division的研究論文。該研究發現植物特異的CK1,AELs (Arabidopsis EL1-like),通过磷酸化细胞周期的关键负调控因子Kip-Related Protein 6 (KRP6)并调控其稳定性,进而调控细胞分裂,为植物细胞周期的调控研究提供了新思路。

AELs是植物特有的一类CK1,共有4个成员,薛紅衛研究组的前期研究证明其参与乙烯合成(Tan et al., 2014),水稻开花时间和赤霉素信号(Dai et al., 2010),ABA信号响应(Chen et al., 2018)等。有意思的是,AELs三突变体ael123ael124 的葉面積較野生型顯著減小,細胞學及流式細胞術等分析表明三突變體的細胞分裂受到抑制導致細胞數目變少,表明AELs參與細胞分裂的調控。進一步對細胞分裂相關的蛋白進行篩選並通過Y2H實驗、BiFC、蛋白磷酸化、質譜分析、蛋白穩定性等實驗證明AEL1磷酸化KRP6的第75位和109位的絲氨酸並促進其與E3泛素連接酶(FBL17和RHF1a)的互作進而加速蛋白降解,從而解除KRP6對細胞分裂的抑制作用,對兩個磷酸化位點的突變研究也從生化和遺傳上證明了位點的准確性和重要性。

這些研究結果揭示了AELs介導的磷酸化參與植物細胞分裂的新機制,爲植物細胞分裂的複雜調控網絡研究提供了重要線索。鑒于細胞分裂調控機制和CK1s蛋白的保守性,相關研究結果也可能爲動物細胞分裂的調控機制研究提供參考,KRP6保守的磷酸化位點有望爲相關精准醫療研究提供線索。

AELs磷酸化KRP6調控細胞分裂的作用機制

 

万森彩票博士後渠莉爲論文第一作者,薛紅衛教授爲通訊作者。南京農業大學陳虎輝副教授,中科院分子細胞科學卓越創新中心魏莊博士,劉濤博士及廖侃研究員也參與了研究工作。該研究得到國家自然科學基金、“萬人計劃”科技領軍人才的資助。

論文鏈接:https://doi.org/10.1093/plphys/kiab284

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