DELLAタンパク質は保存されている成長調整剤植物の発達において、内的および外的シグナルに応答して中心的な役割を果たす。転写調節因子であるDELLAは、GRASドメインを介して転写因子（TF）およびヒストンH2Aに結合し、プロモーターに作用するようにリクルートされる。最近の研究では、DELLAの安定性は、植物ホルモンによって誘導されるポリユビキチン化と、翻訳後修飾によって制御されることが示されている。ジベレリン、これにより DELLA は急速に分解され、また、SUMO (small ubiquitin-like modifier) との結合により蓄積が増加します。さらに、DELLA 活性は 2 つの異なるグリコシル化メカニズムによって動的に制御されています。O-フコシル化は DELLA-TF 相互作用を強化しますが、O-結合型 N-アセチルグルコサミン (O-GlcNAc) 修飾は DELLA-TF 相互作用を阻害します。しかし、これまでの研究では、リン酸化が DELLA の分解を促進または抑制すると示唆する研究もあれば、リン酸化は安定性に影響を与えないと示唆する研究もあり、矛盾した結果が示されているため、DELLA リン酸化の役割は明らかではありません。本稿では、質量分析法によって Arabidopsis thaliana から精製した GA1-3 リプレッサー (RGA) AtDELLA のリン酸化部位を特定し、PolyS および PolyS/T 領域の 2 つの RGA ペプチドのリン酸化が、H2A 結合および RGA と標的プロモーターとの会合を促進することで RGA 活性を強化することを示します。注目すべきことに、リン酸化はRGA-TF相互作用やRGAの安定性に影響を与えなかった。本研究は、リン酸化がDELLA活性を誘導する分子メカニズムを明らかにした。
我々の質量分析により、GA欠損Ga1バックグラウンドのRGAでは、Pep1とPep2の両方が高度にリン酸化されていることが明らかになった。本研究に加えて、ホスホプロテオーム研究でもRGAでPep1がリン酸化されていることが明らかになっているが、その役割はまだ研究されていない53,54,55。対照的に、Pep2のリン酸化は、このペプチドがRGAGKGトランスジーンを用いてのみ検出できたため、これまで報告されていなかった。Pep1のリン酸化を消失させるm1A変異は、植物体におけるRGA活性をわずかに低下させただけであったが、m2Aと組み合わせるとRGA活性を低下させる相加効果があった（補足図6）。重要なのは、GA増強sly1変異体ではga1と比較してPep1のリン酸化が大幅に低下しており、GAがRGAの脱リン酸化を促進し、その活性を低下させることを示唆している。GAがRGAのリン酸化を抑制するメカニズムについては、さらなる調査が必要である。一つの可能性として、これは未確認のタンパク質キナーゼの制御によって達成されるという点が挙げられる。研究ではイネにおいてGAによってCK1タンパク質キナーゼEL1の発現がダウンレギュレーションされることが示されているが41、我々の研究結果は、シロイヌナズナEL1ホモログの高次変異（AEL1-4）はRGAのリン酸化を低下させないことを示している。我々の研究結果と一致して、シロイヌナズナAEL過剰発現系統およびael三重変異体を用いた最近のホスホプロテオーム研究では、これらのキナーゼの基質としてDELLAタンパク質は同定されなかった56。我々が原稿を準備していた当時、コムギ（Triticum aestivum）のGSK3/SHAGGY類似キナーゼをコードする遺伝子であるGSK3はDELLA（Rht-B1b）をリン酸化できると報告されていた57が、GSK3によるRht-B1bのリン酸化は植物体では確認されていない。 GSK3存在下でのin vitro酵素反応と質量分析の結果、Rht-B1bのDELLAドメインとGRASドメインの間に3つのリン酸化部位が存在することが明らかになりました（補足図3）。これら3つのリン酸化部位全てにおいてセリンからアラニンへの置換が認められた結果、遺伝子組み換え小麦においてRht-B1bの活性が低下しました。これは、Pep2 RGAにおけるアラニン置換がRGAの活性を低下させるという我々の研究結果と一致しています。しかし、in vitroタンパク質分解アッセイでは、リン酸化によってRht-B1bが安定化されることも示されました57。これは、Pep2 RGAにおけるアラニン置換が植物体におけるRht-B1bの安定性に影響を与えないという我々の研究結果とは対照的です。小麦の GSK3 は、シロイヌナズナのブラシノステロイド非感受性タンパク質 2 (BIN2) の相同遺伝子です 57。BIN2 は BR シグナル伝達の負の調節因子であり、BR は BIN2 の分解を引き起こすことでそのシグナル伝達経路を活性化します 58。私たちは、BR 処理によってシロイヌナズナの RGA の安定性 59 やリン酸化レベルが低下しないことを示しました (補足図 2)。これは、RGA が BIN2 によってリン酸化される可能性は低いことを示唆しています。
すべての定量データはExcelを用いて統計的に分析され、有意差はStudent's t検定を用いて判定されました。サンプルサイズを事前に決定するための統計的手法は使用されていません。分析から除外されたデータはなく、実験はランダム化されておらず、研究者は実験中および結果評価中に割り付けについて認識していました。サンプルサイズは図の凡例および生データファイルに記載されています。
投稿日時: 2025年4月15日