PNAS | 顾本国博士等揭示DA1家族蛋白酶在信号转导中的新功能

责编 | 王一

近期，来自英国John Innes Centre的Michael W. Bevan研究组在PNAS发表了题为Modulation of receptor-like transmembrane kinase 1 nuclear localization by DA1 peptidases in Arabidopsis的研究论文 （顾本国博士为该论文的第一作者兼共同通讯作者） ，揭示了DA1家族蛋白酶通过切割TMK1参与生长素信号转导的新功能。

植物激素生长素 （Auxin） 调控细胞的生长，存在一个有趣的现象：低浓度促进细胞生长而高浓度具有抑制作用。2019年， 徐通达教授课题组报道，这个现象是由质膜蛋白TMK1改变亚细胞定位导致。低浓度生长素下，TMK1定位在质膜上，软化细胞壁，促进细胞的酸性生长。而在高浓度条件下，C端的激酶 （TMK1C） 入核，磷酸化生长素信号的抑制蛋白IAA32和IAA34，增加其稳定性，抑制生长素信号和细胞生长 （点击查看） 。TMK1C的亚细胞定位，决定了促进（质膜）与抑制（细胞核）细胞生长的相反功能。然而，TMK1C是如何从质膜上脱落并不清楚。

DA1家族蛋白是植物生长调节因子，由中科院遗传发育所李云海研究员在Mike Bevan实验室发现。南京农业大学董慧教授，在JIC期间发现，DA1, DAR1和DAR2是功能冗余的蛋白切割酶，通过切割多个生长调控因子、导致其降解，抑制细胞分裂，促进核內多倍化，从而控制器官大小。同时，DA1蛋白酶受到泛素化激活、去泛素化失活和磷酸化抑制。DA1家族的蛋白切割活性，是否参与其他生化过程，比如信号转导、蛋白加工等，仍需要进一步研究。

在前期的工作中，董慧博士发现TMK1可以被DA1切割。之后，研究人员确定DA1的切割片段与已报道的TMK1C是同一个片段，并通过构建TMK1切割位点的突变体，确定了DA1的切割导致TMK1C入核，同时，切割受到生长素的诱导。在顶端弯钩中，生长素浓度梯度导致的梯度切割和TMK1C在核內梯度积累，这是形成闭合顶端弯钩所必需的。生长素诱导启动子DR5表达的TMK1C，顶端弯钩闭合，互补了tmk1-1突变体的表型。进一步证实，生长素调控的TMK1C梯度，决定顶端弯钩的闭合。对DA1家族的三个蛋白切割酶的表达研究发现，DAR1在顶端弯钩中高表达，是顶端弯钩闭合的关键蛋白。DA1和DAR2表达量很低，贡献很小。

综上，这项工作的亮点在于两个方面。第一，鉴定了TMK1切割蛋白酶，解释了TMK1从质膜到核內的加工过程。第二，例证DA1家族蛋白酶在信号转导中的功能，膜上切割、入核，重编转录。由于DA1的切割位点是在细胞膜内侧的细胞质中，不同于经典的RIP （Regulated Intramembrane Proteolysis） 机制，切割位点在细胞膜内的两层磷脂中间。这预示着一个信号由膜入核的新机制，但这个机制的普遍性仍需要更多的例证。

JIC的顾本国博士和南京农业大学的董慧教授为本文的共同第一作者，JIC的Mike Bevan教授和顾本国博士为共同通讯作者，JIC的Caroline Smith， 中科院遗传发育所李云海研究员和博士生崔桂彩参与了该项工作。

论文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2205757119