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広範な基質特異的リン酸化イベントが植物細胞壁認識の初期段階に関連していることを明らかにした
Broad Substrate-Specific Phosphorylation Events Are Associated With the Initial Stage of Plant Cell Wall Recognition in .
PMID: 31736884 PMCID: PMC6838226. DOI: 10.3389/fmicb.2019.02317.
抄録
真菌の植物細胞壁分解プロセスは、複雑な制御機構によって制御されており、生物は利用可能な基質に高い特異性を持ってその代謝プログラムを適応させることができます。代表的な植物細胞壁の単糖および二糖の取り込みは、特定の転写および翻訳応答を誘導することが知られているが、初期のシグナル受信および伝達に関連するプロセスは、ほとんど知られていないままである。このようなシグナル伝達の迅速かつ可逆的な方法として、リン酸化のような翻訳後のタンパク質修飾がある。本研究では、初期の基質認識段階での変化がグローバルなリン酸化パターンにどのように影響するかを明らかにするために、植物細胞壁に関連する単糖および二糖を用いて、短期間（2分）の誘導期間の後にホスホプロテオミクスを実施した。MS/MSを用いたペプチド分析により、大規模な基質特異的なタンパク質のリン酸化と脱リン酸化が明らかになった。MS/MSで同定されたタンパク質を用いて、タンパク質-タンパク質間相互作用（PPI）ネットワークを構築した。多数のキナーゼ、ホスファターゼ、転写因子のリン酸化の違いは、サーカディアン応答、二成分制御システム、MAPキナーゼ、cAMP依存性およびヘテロ三量体Gタンパク質経路を含む多くの既知のシグナル伝達経路が関与していることを示しています。cAMP経路の重要な構成要素であるアデニル酸シクラーゼは、炭素源特異的な差動タンパク質相互作用の潜在的なハブとして同定された。さらに、4つのリン酸化されたF-Boxタンパク質が同定され、そのうちの2つ、Fbx-19とFbx-22が炭素異化産物の抑制応答に関与していることが明らかになった。これらの結果は、これまであまり知られていなかった真菌の環境応答の段階を詳細に解明し、植物細胞壁分解時の感覚知覚とシグナル伝達の分子機構をより良く解明することを可能にしている。
Fungal plant cell wall degradation processes are governed by complex regulatory mechanisms, allowing the organisms to adapt their metabolic program with high specificity to the available substrates. While the uptake of representative plant cell wall mono- and disaccharides is known to induce specific transcriptional and translational responses, the processes related to early signal reception and transduction remain largely unknown. A fast and reversible way of signal transmission are post-translational protein modifications, such as phosphorylations, which could initiate rapid adaptations of the fungal metabolism to a new condition. To elucidate how changes in the initial substrate recognition phase of affect the global phosphorylation pattern, phospho-proteomics was performed after a short (2 min) induction period with several plant cell wall-related mono- and disaccharides. The MS/MS-based peptide analysis revealed large-scale substrate-specific protein phosphorylation and de-phosphorylations. Using the proteins identified by MS/MS, a protein-protein-interaction (PPI) network was constructed. The variance in phosphorylation of a large number of kinases, phosphatases and transcription factors indicate the participation of many known signaling pathways, including circadian responses, two-component regulatory systems, MAP kinases as well as the cAMP-dependent and heterotrimeric G-protein pathways. Adenylate cyclase, a key component of the cAMP pathway, was identified as a potential hub for carbon source-specific differential protein interactions. In addition, four phosphorylated F-Box proteins were identified, two of which, Fbx-19 and Fbx-22, were found to be involved in carbon catabolite repression responses. Overall, these results provide unprecedented and detailed insights into a so far less well known stage of the fungal response to environmental cues and allow to better elucidate the molecular mechanisms of sensory perception and signal transduction during plant cell wall degradation.
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