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揭示酪蛋白激酶CK1s參與調(diào)控植物細(xì)胞分裂的新機(jī)制
最近更新時(shí)間：2021-8-10
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細(xì)胞是動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細(xì)胞分裂是真核生物中保守而重要的生物學(xué)過程。細(xì)胞分裂異常不但會(huì)導(dǎo)致器官發(fā)育異常，失控的細(xì)胞周期在動(dòng)物中會(huì)導(dǎo)致腫瘤等疾病的發(fā)生。細(xì)胞分裂受多個(gè)因子/復(fù)合體的精確調(diào)控，其中細(xì)胞周期蛋白依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用，對(duì)細(xì)胞分裂及細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的研究
細(xì)胞是動(dòng)植物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細(xì)胞分裂是真核生物中保守而重要的生物學(xué)過程。細(xì)胞分裂異常不但會(huì)導(dǎo)致器官發(fā)育異常，失控的細(xì)胞周期在動(dòng)物中會(huì)導(dǎo)致腫瘤等疾病的發(fā)生。細(xì)胞分裂受多個(gè)因子/復(fù)合體的精確調(diào)控，其中細(xì)胞周期蛋白依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在細(xì)胞增殖過程中發(fā)揮重要作用，對(duì)細(xì)胞分裂及細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的研究和闡明具有重要的科學(xué)意義。
蛋白磷酸化是一類重要的蛋白翻譯后修飾，在眾多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和生理過程中發(fā)揮重要作用。蛋白磷酸化由蛋白激酶完成，其中酪蛋白激酶Casein kinase1s (CK1s) 是最早發(fā)現(xiàn)的蛋白激酶，在真核生物中高度保守并在節(jié)律、環(huán)境響應(yīng)、表觀遺傳調(diào)控等生物學(xué)過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。目前已發(fā)現(xiàn)部分CK1s成員參與了動(dòng)物細(xì)胞增殖的調(diào)控，但其是否調(diào)控植物細(xì)胞分裂，以及相關(guān)的作用機(jī)制，目前仍不清楚。
近日，上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院薛紅衛(wèi)教授課題組在發(fā)表了題為Plant casein kinases phosphorylate and destabilize a cyclin-dependent kinase inhibitor to promote cell division的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)植物特異的CK1，AELs (Arabidopsis EL1-like)，通過磷酸化細(xì)胞周期的關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子Kip-Related Protein 6 (KRP6)并調(diào)控其穩(wěn)定性，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞分裂，為植物細(xì)胞周期的調(diào)控研究提供了新思路。
AELs是植物*的一類CK1，共有4個(gè)成員，薛紅衛(wèi)研究組的前期研究證明其參與乙烯合成(Tan et al.， 2014)，水稻開花時(shí)間和赤霉素信號(hào)(Dai et al.， 2010)，ABA信號(hào)響應(yīng)(Chen et al.， 2018)等。有意思的是，AELs三突變體ael123、ael124 的葉面積較野生型顯著減小，細(xì)胞學(xué)及流式細(xì)胞術(shù)等分析表明三突變體的細(xì)胞分裂受到抑制導(dǎo)致細(xì)胞數(shù)目變少，表明AELs參與細(xì)胞分裂的調(diào)控。進(jìn)一步對(duì)細(xì)胞分裂相關(guān)的蛋白進(jìn)行篩選并通過Y2H實(shí)驗(yàn)、BiFC、蛋白磷酸化、質(zhì)譜分析、蛋白穩(wěn)定性等實(shí)驗(yàn)證明AEL1磷酸化KRP6的第75位和109位的絲氨酸并促進(jìn)其與E3泛素連接酶(FBL17和RHF1a)的互作進(jìn)而加速蛋白降解，從而解除KRP6對(duì)細(xì)胞分裂的抑制作用，對(duì)兩個(gè)磷酸化位點(diǎn)的突變研究也從生化和遺傳上證明了位點(diǎn)的準(zhǔn)確性和重要性。
這些研究結(jié)果揭示了AELs介導(dǎo)的磷酸化參與植物細(xì)胞分裂的新機(jī)制，為植物細(xì)胞分裂的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究提供了重要線索。鑒于細(xì)胞分裂調(diào)控機(jī)制和CK1s蛋白的保守性，相關(guān)研究結(jié)果也可能為動(dòng)物細(xì)胞分裂的調(diào)控機(jī)制研究提供參考，KRP6保守的磷酸化位點(diǎn)有望為相關(guān)精準(zhǔn)醫(yī)療研究提供線索。