Fosforylering aktiverer hovedvekstregulatoren DELLA i Arabidopsis ved å fremme assosiasjonen av histon H2A med kromatin.

DELLA-proteiner er bevarte mastervekstregulatorersom spiller en sentral rolle i å kontrollere planteutviklingen som svar på interne og miljømessige signaler. DELLA fungerer som en transkripsjonsregulator og rekrutteres for å målrette promotere ved å binde seg til transkripsjonsfaktorer (TF-er) og histon H2A gjennom sitt GRAS-domene. Nyere studier har vist at DELLA-stabilitet er post-translasjonelt regulert gjennom to mekanismer: polyubiquitinering indusert av fytohormonet gibberellin, som fører til dets raske nedbrytning, og konjugering av små ubiquitin-lignende modifikatorer (SUMO) for å øke akkumuleringen. I tillegg er DELLA-aktiviteten dynamisk regulert av to forskjellige glykosyleringer: DELLA-TF-interaksjonen forsterkes av O-fukosylering, men hemmes av O-bundet N-acetylglukosamin (O-GlcNAc) modifikasjon. Rollen til DELLA-fosforylering er imidlertid fortsatt uklar, ettersom tidligere studier har vist motstridende resultater, alt fra de som viser at fosforylering fremmer eller reduserer DELLA-nedbrytning til andre som viser at fosforylering ikke påvirker stabiliteten. Her identifiserer vi fosforyleringssteder i REPRESSORga1-3(RGA, AtDELLA) renset fra Arabidopsis thaliana ved massespektrometrianalyse og viser at fosforylering av to RGA-peptider ved PolyS- og PolyS/T-regionene fremmer H2A-binding og forbedret RGA-aktivitet. Sammenslutning av RGA med målpromotører. Spesielt påvirker ikke fosforylering RGA-TF-interaksjoner eller RGA-stabilitet. Vår studie avslører den molekylære mekanismen som fosforylering induserer DELLA-aktivitet med.
For å belyse rollen til fosforylering i regulering av DELLA-funksjon, er det avgjørende å identifisere DELLA-fosforyleringssteder in vivo og utføre funksjonelle analyser i planter. Ved affinitetsrensing av planteekstrakter etterfulgt av MS/MS-analyse, identifiserte vi flere fosfositter i RGA. Under forhold med GA-mangel øker RHA-fosforyleringen, men fosforylering påvirker ikke stabiliteten. Viktigere, co-IP og ChIP-qPCR-analyser avslørte at fosforylering ved PolyS/T-regionen til RGA fremmer dens interaksjon med H2A og dens assosiasjon med målpromotere, og avslører mekanismen som fosforylering induserer RGA-funksjon med.
RGA rekrutteres for å målrette kromatin gjennom interaksjonen av LHR1-subdomenet med TF og binder seg deretter til H2A gjennom PolyS/T-regionen og PFYRE-underdomenet, og danner H2A-RGA-TF-komplekset for å stabilisere RGA. Fosforylering av Pep 2 i PolyS/T-regionen mellom DELLA-domenet og GRAS-domenet med en uidentifisert kinase øker RGA-H2A-bindingen. rgam2A-mutantproteinet opphever RGA-fosforylering og vedtar en annen proteinkonformasjon for å forstyrre H2A-binding. Dette resulterer i destabilisering av forbigående TF-rgam2A-interaksjoner og dissosiasjon av rgam2A fra målkromatin. Denne figuren viser bare RGA-mediert transkripsjonsundertrykkelse. Et lignende mønster kan beskrives for RGA-mediert transkripsjonsaktivering, bortsett fra at H2A-RGA-TF-komplekset ville fremme målgentranskripsjon og defosforylering av rgam2A ville redusere transkripsjonen. Figur modifisert fra Huang et al.21.
Alle kvantitative data ble statistisk analysert ved bruk av Excel, og signifikante forskjeller ble bestemt ved hjelp av Students t-test. Ingen statistiske metoder ble brukt for å foreløpig bestemme prøvestørrelsen. Ingen data ble ekskludert fra analysen; eksperimentet ble ikke randomisert; forskerne var ikke blinde for distribusjonen av data under forsøket og evalueringen av resultatene. Prøvestørrelsen er angitt i figurforklaringen og kildedatafilen.
For mer informasjon om studiedesignet, se Natural Portfolio Report Abstract knyttet til denne artikkelen.
Massespektrometri-proteomikkdata har blitt bidratt til ProteomeXchange-konsortiet gjennom PRIDE66-partnerlageret med datasettidentifikator PXD046004. Alle andre data innhentet under denne studien er presentert i tilleggsinformasjon, tilleggsdatafiler og rådatafiler. Kildedata er gitt for denne artikkelen.