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Plant Physiology-课题组揭示酪蛋白激酶CK1s参与调控植物细胞分裂的新机制
发布时间：2021-06-22
细胞是动植物结构和功能的基本单位，细胞分裂是真核生物中保守而重要的生物学过程。细胞分裂异常不但会导致器官发育异常，失控的细胞周期在动物中会导致肿瘤等疾病的发生。细胞分裂受多个因子/复合体的精确调控，其中细胞周期蛋白依赖激酶(Cyclin-Dependent Kinase)及其抑制蛋白在细胞增殖过程中发挥重要作用，对细胞分裂及细胞周期调控机制的研究和阐明具有重要的科学意义。
蛋白磷酸化是一类重要的蛋白翻译后修饰，在众多信号转导途径和生理过程中发挥重要作用。蛋白磷酸化由蛋白激酶完成，其中酪蛋白激酶Casein kinase1s (CK1s) 是最早发现的蛋白激酶，在真核生物中高度保守并在节律、环境响应、表观遗传调控等生物学过程中发挥重要调控作用。目前已发现部分CK1s成员参与了动物细胞增殖的调控，但其是否调控植物细胞分裂，以及相关的作用机制，目前仍不清楚。
近日，课题组在Plant Physiology上发表了题为“Plant casein kinases phosphorylate and destabilize a cyclin-dependent kinase inhibitor to promote cell division”的研究论文，揭示植物特异的CK1，AELs (Arabidopsis EL1-like)，通过磷酸化细胞周期的关键负调控因子Kip-Related Protein 6 (KRP6)并调控其稳定性，进而调控细胞分裂，为植物细胞周期的调控研究提供了新思路。
AELs是植物特有的一类CK1，共有4个成员。课题组前期研究已证明其参与乙烯合成(Tan et al., 2014)，水稻开花时间和赤霉素信号(Dai et al., 2010)，ABA信号响应(Chen et al., 2018)等。该研究发现，AELs三突变体ael123、ael124 的叶面积较野生型显著减小，细胞学及流式细胞术等分析表明三突变体的细胞分裂受到抑制导致细胞数目变少，表明AELs参与细胞分裂的调控。进一步对细胞分裂相关的蛋白进行筛选并通过Y2H实验、BiFC、蛋白磷酸化、质谱分析、蛋白稳定性等实验证明AEL1磷酸化KRP6的第75位和109位的丝氨酸并促进其与E3泛素连接酶(FBL17和RHF1a)的互作进而加速蛋白降解，从而解除KRP6对细胞分裂的抑制作用，对两个磷酸化位点的突变研究也从生化和遗传上证明了位点的准确性和重要性。
该研究结果揭示了AELs介导的磷酸化调控植物细胞分裂的新机制，为植物细胞分裂的复杂调控网络研究提供了重要线索。鉴于细胞分裂调控机制和CK1s蛋白的保守性，相关研究结果也可能为动物细胞分裂的调控机制研究提供参考，KRP6保守的磷酸化位点有望为相关精准医疗研究提供线索。
课题组博士后渠莉为论文第一作者，薛红卫教授为通讯作者。南京农业大学陈虎辉副教授，中科院分子细胞科学卓越创新中心魏庄博士，刘涛博士及廖侃研究员也参与了研究工作。该研究得到国家自然科学基金、“万人计划”科技领军人才的资助。
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