NC｜美国研究人员揭示生长素反应因子蛋白凝聚与
NC｜美国研究人员揭示生长素反应因子蛋白凝聚与核-细胞质相互作用的调控机制
2022-07-16 19:57 来源: 教育的灵魂
原标题：NC｜美国研究人员揭示生长素反应因子蛋白凝聚与核-细胞质相互作用的调控机制
生长素对植物的生长发育具有重要的调控作用。生长素驱动的转录反应是通过生长素反应因子（ARF）家族转录因子介导的。ARF蛋白的凝聚会减弱ARF的活性，导致生长素转录产生变化。虽然ARF凝聚调节生长素反应的细胞能力，控制ARF凝聚形成的机制是未知的。
2022年7月11日， Nature Communications在线发表了杜克大学生物系Lucia C. Strader课题组及其合作者发表的题为“ Regulation of AUXIN RESPONSE FACTOR condensation and nucleo-cytoplasmic partitioning ”的研究论文。作者通过对ARF缩合进行正向遗传学筛选，确定了一个F-box蛋白AUXIN RESPONSE FACTOR F-BOX1 （AFF1），发现SCF AFF1 介导的ARF蛋白调控驱动生长素反应和植物发育。
ARF7和ARF19是A类ARF，作为生长素反应的转录激活剂，在植物发育过程中协同发挥重要作用，其蛋白质的活性受蛋白质凝聚的调节。为了确定调控其蛋白凝聚的因素，作者对EMS诱变的 arf19-1 35 S:YFPARF19 进行了基于荧光的正向遗传学筛选，发现ARF19凝聚个体增多（图1a）。接下来，作者研究了野生型和 aff1 的ARF19凝聚体的特性。结果显示，该细胞中的YFP-ARF19凝聚体在野生型融合后形成了更大的球形体（图1d, e）。相比之下， aff1 中的YFP-ARF19凝聚体在融合后保留了不同的超微结构，并未能达到与野生型凝聚体相同的融合后球形（图1d, e），这表明 aff1 中ARF19凝聚体的动力学下降。此外， aff1-1 突变体在AFF1的第一个外显子有C到T的转变，导致Pro-93被Leu残基取代（图1h）。AFF1蛋白包含一个N端F-box结构域、一个富亮氨酸重复区（LRR）和一个C端FBD基序（图1h）。
图1 ARF19超缩合At3g49150/AFF1的鉴定
之前的研究表明，ARF7和ARF19蛋白凝聚主要集中在细胞质上，而核ARF7和ARF19是扩散的。那么， aff1 是否会影响ARF的核-细胞质分离？尽管ARF7和ARF19凝聚物的数量和大小增加，但 aff1 在ARF19和ARF7核聚集减少（图2a-c）。大部分ARF19（图2d, e和g）和ARF7（图2f和h）蛋白存在于野生型根尖细胞的细胞核中，而大部分蛋白存在于 aff1 根尖细胞的细胞质部分（图2d-h）中。因此，要么ARF超缩合消耗了了核中部分ARF蛋白，要么 aff1 在调控ARF凝聚和ARF核-细胞质分割方面发挥了双重作用。
图2 AFF1改变ARF19和ARF7的核质分离
与野生型相比， aff1 突变体在每个组织中（图3a-c）的YFP-ARF19和ARF7-HA的积累都有所增加。此外，使用26 S蛋白酶体抑制剂MG132处理，HA3-ARF1、ARF7-HA和YFP-ARF19的积累量增加（图3d, e），这与这些蛋白质被这种蛋白质降解机制一致。
图3 AFF1调控ARF19和ARF7的积累
体外YFP-ARF19和ARF7- HA蛋白降解实验表明，与GST-AFF1相比，与GST-AFF1重组蛋白孵育植物裂解试剂可提高ARF19和ARF7的降解（图4）。相反，与GST-ΔF-box-AFF1孵育植物裂解试剂，AFF1的截短本应无法与SCF复合物结合，但保留与底物相互作用的能力，从而降低了YFP-ARF19和ARF7-HA的降解（图4）。这表明这种截断保护ARF19免受内源性降解机制的影响。因此，AFF1可以调控ARF19和ARF7蛋白的积累。
图4 AFF1调控ARF19和ARF7蛋白降解
那么，AFF1是否可以直接与拟南芥SKP1-LIKE （ASK1）互作？通过pull-down实验发现，GST-AFF1而不是GST-ΔF-box-AFF1与异源表达的His-ASK1相互作用（图5d），这表明AFF1结合到SCF E3泛素连接酶复合体中形成SCFAFF1。AFF1与ARF7和ARF19蛋白的直接相互作用，结合AFF1调控ARF19和ARF7积累的结果，可以得出结论：SCF AFF1 在调节ARF7和ARF19蛋白积累、凝聚和核-细胞质分离方面发挥了作用。
图5 AFF1与ARF蛋白和ASK1相互作用
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