责编 | 王一
蛋白质稳态对植物生长发育和环境胁迫响应至关重要，其中泛素-蛋白酶体系统介导的降解途径是控制细胞中蛋白质稳态的主要途径之一，并且该过程与植物体的激素信号、防御反应、光形态发生和应激反应等功能密切相关【1】。
乙烯是影响植物发育和胁迫响应的关键激素之一，并且乙烯的信号转导及功能也受到泛素-蛋白酶体系统的调节【2】。研究表明，ACS（ACC合酶）是乙烯生物合成的关键限速酶，其蛋白丰度受到ETO1（ETHYLENE OVERPRODUCING 1）及其同源蛋白EOL1（ETO1-like）和EOL2的调控。ETO1/EOLs是CULLIN3 E3泛素连接酶的组分并可以特异性识别2型ACS以通过26S蛋白酶体进行快速降解【3】。此外，ACS的蛋白质稳态还受到包括油菜素甾醇（BR）在内的激素的调节，并且BR-乙烯的互作受到磷蛋白结合家族14-3-3蛋白的调控。有研究表明，14–3-3蛋白质可以与BR信号分子相互作用，并通过EOL介导ACS5的蛋白稳态【4,5】。然而，目前关于ACS蛋白稳态的具体调节机制及其与BR之间的关联尚不明确。
近日，来自美国普度大学的研究团队在PNAS在线发表了一篇题为Reciprocal antagonistic regulation of E3 ligases controls ACC synthase stability and responses to stress的研究论文，揭示了植物通过两种E3连接酶组分（SINAT2及EOL2）的相互降解调控ACS蛋白稳态及乙烯合成的机制并阐明了BR与乙烯合成之间的内在关联。
该研究首先通过酵母双杂筛选了ACS5（2型ACS）的互作因子SINAT2（Seven-in-Absentia of Arabidopsis 2，一种环型E3连接酶组分），并发现SINAT2仅与2型ACS特异性相互作用，而ACS5与SINAT1/2相互作用强于其他SINAT家族成员，表明SINAT1/2是与ACS5和乙烯生物合成有关联的主要亚型。此外，sinat1sinat2中BR诱导的乙烯水平显著降低，表明SINAT1/2是BR诱导乙烯生物合成的正调节因子，但是该研究还证明SINAT2与ACS5的相互作用不取决于BR的存在与否。
基于此，研究人员推测SINAT2可能负调控ETO1/EOLs从而介导BR诱导的乙烯生物合成。研究结果显示，ETO1和EOL2不与任何SINAT E3连接酶相互作用，但是在存在ACS5情况下，SINAT2和EOL2在ATG8 (AUTOPHAGY-RELATED PROTEIN 8)标记的自噬体上发生相互作用。上述研究表明，ACS5特异性地介导植物中SINAT2和EOL2 E3连接酶之间的相互作用。进一步研究发现，无BR条件下，SINAT2负调节ACS5蛋白稳态而对 EOL2稳态无影响，BR处理导致SINAT2的降解作用受到抑制而EOL2稳态水平下降，这表明SINAT2以BR依赖性方式增加和降低ACS5和EOL2的蛋白稳态。同时，研究人员发现，BR介导的SINAT2和EOL2的降解是基于SINAT2和EOL2之间的相互拮抗作用。
SINAT2 E3 ligases regulate the protein stability of ACS5 and EOL2 in a BR-dependent manner
此外，研究人员鉴定了介导BR信号与SINAT2-ETO1/EOLs模块关联的关键组分。预测结果显示，SINAT2包含一个14–3-3结合基序(CRFRPY[T]147CPYA)，并且14–3-3ω蛋白的抑制会引起BR诱导的ACS5蛋白丰度降低，这意味着14–3-3蛋白（至少14–3-3ω）参与了BR诱导的ACS蛋白稳态调节和乙烯生物合成。进一步研究表明，ACS和EOL2对BR的敏感性依赖于SINAT2的T147残基的磷酸化过程。最后，研究人员发现植物对碳饥饿（黑暗处理）的响应依赖于SINAT2的T147残基，SINAT2T147A突变会抑制BR介导的ACS和EOL2的稳态化和去稳态化，并导致乙烯生物合成的减少。总之，植物通过SINAT2/EOL2/ACS5蛋白稳态响应碳饥饿从而调节乙烯的生物合成。
A model for the SINAT2-ETO1/EOL–mediated regulation of ACS stability in response to starvation stress
综上所述，SINAT2 E3连接酶和EOL2 E3连接酶的相互拮抗降解调节ACS5的蛋白稳态。同时，14–3-3蛋白以BR依赖的方式与SINAT2相互作用并激活SINAT2-EOL2的相互降解，从而将乙烯生物合成和BR信号进行关联。该研究结果揭示了由多层负反馈环组成的独特的蛋白稳态调节机制，对进一步理解乙烯生物合成、蛋白稳态及其相关的应激反应具有重要意义。
参考文献
【1】J. Moon, G. Parry, M. Estelle, The ubiquitin-proteasome pathway and plant development. Plant Cell 16, 3181–3195 (2004).
【2】C. A. McClellan, C. Chang, The role of protein turnover in ethylene biosynthesis and response. Plant Sci. 175, 2 4–31 (2008).
【3】M. A. Booker, A. DeLong, Producing the ethylene signal: Regulation and diversification of ethylene biosynthetic enzymes. Plant Physiol. 169, 4 2–50 (2015).
【4】G. M. Yoon, J. J. Kieber, 14-3-3 regulates 1-aminocyclopropane-1-carboxylate synthase protein turnover in Arabidopsis. Plant Cell 25, 1016–1028 (2013).
【5】L. Camoni, S. Visconti, P. Aducci, M. Marra, 14-3-3 proteins in plant hormone signaling: Doing several things at once. Front Plant Sci 9, 297 (2018).
原文链接：
https://www.pnas.org/content/118/34/e2011900118
