泛素—蛋白酶体相关调节因子CSN5B和OsEIP1的功能分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cxycsnf
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细胞正常生命活动需要蛋白质保持合成与降解的动态平衡,而泛素-蛋白酶体系统(UPS)是蛋白质降解的重要途径,在植物生长发育中发挥重要作用。UPS由泛素、E1泛素活化酶、E2泛素结合酶、E3泛素连接酶和26S蛋白酶体组成,同时该系统的运行受着多种调节因子的调控。如拟南芥COP9信号复合体(CSN)既能通过调节E3连接酶的活性参与到蛋白酶体降解途径,还能直接与26S蛋白酶体相互作用,从而影响细胞周期以及拟南芥光形态建成等方面。本文研究发现,CSN还可通过UPS途径参与调控拟南芥抗坏血酸(AsA,维生素C)合成。光可以调节AsA合成,AsA作为抗氧体剂在光下会不断积累以清除光合作用中产生的活性氧,在黑暗中为了维持体内氧化还原平衡,AsA的合成会减弱。本研究证明拟南芥AsA合成酶VTC1在光下和黑暗中的蛋白水平变化与AsA含量的变化相关,而CSN的亚基CSN5B在转录后水平影响VTC1蛋白质稳定性。虽然CSN5B的同源基因CSN5A在拟南芥体内基因表达水平高于CSN5B,但是免疫共沉淀(CoIP)结果表明拟南芥体内只有CSN5B与VTC1相互作用,并且体内和体外实验进一步证明CSN5B可以与VTC1的N端相互作用,这说明CSN5A与CSN5B在功能上有差异。凝胶过滤实验表明VTC1通过与CSN5B的互作偶联CSN,形成CSN-VTC1大复合体,同时VTC1亚细胞定位的结果表明VTC1在细胞质和核内均有分布,这就为VTC1和CSN5B的相互作用在空间上提供了可能性。在黑暗条件下,CSN5B可以促进VTC1通过泛素-蛋白酶体途径降解。同时CSN5B功能缺失突变体csn5b会积累比野生型高的AsA含量,VTC1酶活降低突变体vtc1-1的AsA含量仅为野生型的30%,而双突变体vtc1-1csn5b的AsA含量居于野生型和vtc1-1之间,而且随着光暗的持续处理csn5b的AsA含量变化很小,说明CSN5B在影响VTC1蛋白稳定性的基础上介导光对拟南芥AsA合成的调节。进一步研究发现,盐胁迫环境下csn5b的生长状况好于野生型,根长和鲜重与野生型相比均有显著性差异,csn5b在氧化剂处理后体内的活性氧含量以及氧化产物丙二醛含量都比野生型低,这都说明csn5b增强了拟南芥对盐和氧化胁迫的耐受性。以上结果证明了CSN可通过直接与底物结合来调节蛋白降解途径,并且可以调控拟南芥的逆境胁迫应答。对于UPS调节因子UbL/UBA蛋白,目前在植物中研究很少,我们发现了水稻中的一个UbL/UBA蛋白OsEIP1,它含有保守的N-端ubiquitin-like (UBQ)结构域和C-端ubiquitin-associated(UBA)结构域,它在拟南芥中的同源蛋白RAD23可以结合泛素化底物和26S蛋白酶体,本文证明了OsEIP1可以与多聚泛素链结合,说明它也具备泛素结合特性。OsEIP1还可以与水稻赤霉素代谢调控因子EUI相互作用,而且这种相互作用不依赖于泛素化,说明OsEIP1对底物的识别可能有特异性。OsEIP1过表达转基因植株表现出耐旱性增强,而干扰转基因植株表现干旱耐受性降低。且eui突变体和过表达植株EUI-OX分别表现出干旱耐受性降低和耐旱性增加。这些结果初步表明OsEIP1可以调节蛋白的泛素化降解途径以及影响水稻干旱胁迫应答。
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