細胞是動(dòng)植物結構和功能的基本單位，細胞分裂是真核生物中保守而重要的生物學(xué)過(guò)程。細胞分裂異常不但會(huì )導致器官發(fā)育異常，失控的細胞周期在動(dòng)物中會(huì )導致腫瘤等疾病的發(fā)生。細胞分裂受多個(gè)因子/復合體的精確調控，其中細胞周期蛋白依賴(lài)激酶（Cyclin-Dependent Kinase）及其抑制蛋白在細胞增殖過(guò)程中發(fā)揮重要作用，對細胞分裂及細胞周期調控機制的研究和闡明具有重要的科學(xué)意義。

 

　　蛋白磷酸化是一類(lèi)重要的蛋白翻譯后修飾，在眾多信號轉導途徑和生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。蛋白磷酸化由蛋白激酶完成，其中酪蛋白激酶Casein kinase1s （CK1s） 是最早發(fā)現的蛋白激酶，在真核生物中高度保守并在節律、環(huán)境響應、表觀(guān)遺傳調控等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要調控作用。目前已發(fā)現部分CK1s成員參與了動(dòng)物細胞增殖的調控，但其是否調控植物細胞分裂，以及相關(guān)的作用機制，目前仍不清楚。

 

　　近日，上海交通大學(xué)農業(yè)與生物學(xué)院薛紅衛教授課題組在Plant Physiology上發(fā)表了題為Plant casein kinases phosphorylate and destabilize a cyclin-dependent kinase inhibitor to promote cell division的研究論文。該研究發(fā)現植物特異的CK1，AELs （Arabidopsis EL1-like），通過(guò)磷酸化細胞周期的關(guān)鍵負調控因子Kip-Related Protein 6 （KRP6）并調控其穩定性，進(jìn)而調控細胞分裂，為植物細胞周期的調控研究提供了新思路。

 

　　AELs是植物特有的一類(lèi)CK1，共有4個(gè)成員，薛紅衛研究組的前期研究證明其參與乙烯合成（Tan et al., 2014），水稻開(kāi)花時(shí)間和赤霉素信號（Dai et al., 2010），ABA信號響應（Chen et al., 2018）等。有意思的是，AELs三突變體ael123、ael124 的葉面積較野生型顯著(zhù)減小，細胞學(xué)及流式細胞術(shù)等分析表明三突變體的細胞分裂受到抑制導致細胞數目變少，表明AELs參與細胞分裂的調控。進(jìn)一步對細胞分裂相關(guān)的蛋白進(jìn)行篩選并通過(guò)Y2H實(shí)驗、BiFC、蛋白磷酸化、質(zhì)譜分析、蛋白穩定性等實(shí)驗證明AEL1磷酸化KRP6的第75位和109位的絲氨酸并促進(jìn)其與E3泛素連接酶（FBL17和RHF1a）的互作進(jìn)而加速蛋白降解，從而解除KRP6對細胞分裂的抑制作用，對兩個(gè)磷酸化位點(diǎn)的突變研究也從生化和遺傳上證明了位點(diǎn)的準確性和重要性。

 

　　這些研究結果揭示了AELs介導的磷酸化參與植物細胞分裂的新機制，為植物細胞分裂的復雜調控網(wǎng)絡(luò )研究提供了重要線(xiàn)索。鑒于細胞分裂調控機制和CK1s蛋白的保守性，相關(guān)研究結果也可能為動(dòng)物細胞分裂的調控機制研究提供參考，KRP6保守的磷酸化位點(diǎn)有望為相關(guān)精準醫療研究提供線(xiàn)索。

 

　　上海交通大學(xué)博士后渠莉為論文第一作者，薛紅衛教授為通訊作者。南京農業(yè)大學(xué)陳虎輝副教授，中科院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng )新中心魏莊博士，劉濤博士及廖侃研究員也參與了研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、“萬(wàn)人計劃”科技領(lǐng)軍人才的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1093/plphys/kiab284