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揭示酪蛋白激酶CK1s參與調(diào)控植物細胞分裂的新機制
最近更新時間：2021-8-10
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細胞是動植物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細胞分裂是真核生物中保守而重要的生物學過程。細胞分裂異常不但會導致器官發(fā)育異常，失控的細胞周期在動物中會導致腫瘤等疾病的發(fā)生。細胞分裂受多個因子/復合體的精確調(diào)控，其中細胞周期蛋白依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在細胞增殖過程中發(fā)揮重要作用，對細胞分裂及細胞周期調(diào)控機制的研究
細胞是動植物結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，細胞分裂是真核生物中保守而重要的生物學過程。細胞分裂異常不但會導致器官發(fā)育異常，失控的細胞周期在動物中會導致腫瘤等疾病的發(fā)生。細胞分裂受多個因子/復合體的精確調(diào)控，其中細胞周期蛋白依賴激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在細胞增殖過程中發(fā)揮重要作用，對細胞分裂及細胞周期調(diào)控機制的研究和闡明具有重要的科學意義。
蛋白磷酸化是一類重要的蛋白翻譯后修飾，在眾多信號轉(zhuǎn)導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成員參與了動物細胞增殖的調(diào)控，但其是否調(diào)控植物細胞分裂，以及相關(guān)的作用機制，目前仍不清楚。
近日，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院薛紅衛(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)，通過磷酸化細胞周期的關(guān)鍵負調(diào)控因子Kip-Related Protein 6 (KRP6)并調(diào)控其穩(wěn)定性，進而調(diào)控細胞分裂，為植物細胞周期的調(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)，水稻開花時間和赤霉素信號(Dai et al.， 2010)，ABA信號響應(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，細胞學及流式細胞術(shù)等分析表明三突變體的細胞分裂受到抑制導致細胞數(shù)目變少，表明AELs參與細胞分裂的調(diào)控。進一步對細胞分裂相關(guān)的蛋白進行篩選并通過Y2H實驗、BiFC、蛋白磷酸化、質(zhì)譜分析、蛋白穩(wěn)定性等實驗證明AEL1磷酸化KRP6的第75位和109位的絲氨酸并促進其與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準確性和重要性。
這些研究結(jié)果揭示了AELs介導的磷酸化參與植物細胞分裂的新機制，為植物細胞分裂的復雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究提供了重要線索。鑒于細胞分裂調(diào)控機制和CK1s蛋白的保守性，相關(guān)研究結(jié)果也可能為動物細胞分裂的調(diào)控機制研究提供參考，KRP6保守的磷酸化位點有望為相關(guān)精準醫(yī)療研究提供線索。