拟南芥PP2A调节机理研究

As an eukaryote Ser/Thr protein phosphatase, PP2A actively regulates a number of physiological and developmental processes in plants, however very little is known about how does the function of PP2A get regulated? Our previous study demonstrated that PP2A positively regulate BR signal transduction pathway by dephosphorylating downstream transcription factor BZR1. Meanwhile, our preliminary data indicated that the activity of PP2A might be regulated by BR signaling pathway, but the protein which regulates PP2A and the nature of the regulation is still unknown. Here we propose to investigate PP2A regulatory mechanism using BR signaling pathway as a platform. By studying the role of BR in regulating the subcellular and tissue specific localization, the post translational modification as well as the binding partners of PP2A, our research will provide profound clues for PP2A functional and regulatory mechanisms in planta.

蛋白磷酸酶2A(PP2A)是真核生物中重要的蛋白磷酸酶之一。在植物中PP2A参与众多的生理和发育过程,但是关于其调节机制的研究报道目前并不多见。本人博士期间的研究表明，在拟南芥中PP2A通过去磷酸化转录因子BZR1正向调节植物激素油菜素内酯（BR）的信号转导途径。同时我们的初步结果也表明PP2A的活性可能受到BR的调节，但是如何调节以及被谁调节都还不清楚。本项目拟以BR信号转导为平台，通过BR对PP2A的组织和亚细胞定位、翻译后修饰及活性的影响以及PP2A相互作用蛋白的筛选来研究拟南芥中PP2A在BR信号转导中的调节机制，为深入了解植物PP2A的功能及作用机制提供线索。

PP2A是真核生物中广泛存在的一种丝／苏氨酸蛋白磷酸酶，由A、B、C三个亚基组成蛋白质复合体。其中A亚基是支架蛋白，C亚基是催化亚基，B亚基决定底物和亚细胞定位特异性；A、C亚基组成的核心蛋白酶通过与不同的B亚基组合分别行使不同的功能。油菜素内酯 (Brassinosteroids, BRs) 是调节植物正常生长发育的植物激素之一。本人前期的研究结果表明PP2A通过其 B′α和 B′β亚基与BR信号传导途径中的转录因子BZR1相互作用并将BZR1去磷酸化正向调节BR信号传导途径。本项目研究中我们发现不同的PP2A B′亚基在bri1-5突变体中过表达表型不一致。进一步研究表明PP2A 其他 B′亚基B′γ,η,κ,ζ,δ,θ 能够与 BR信号转导途径的受体BRI1结合并介导PP2A全酶复合体去磷酸化BRI1从而负调节BR信号转导。PP2A B′亚基均能与BZR1和BRI1结合。所不同的是正调节BR信号的 PP2A B′α, β在细胞核和胞质中均有定位，而所有发挥负向调节作用的 PP2A B′亚基均没有细胞核定位。人为改变PP2A B′亚基的亚细胞定位的研究结果表明胞质定位的 PP2A 去磷酸化BRI1负调节BR信号，而细胞核定位的 PP2A 去磷酸化 BZR1正调节BR信号，表明亚细胞定位决定了PP2A 在BR信号转导中的底物选择和作用。通过质谱找到了位于 BRI1 C-末端自我抑制域的 PP2A 去磷酸化位点。该自我抑制域去磷酸化能够与BRI1激酶域结合抑制BRI1的激酶活性。虽然我们的研究结果表明亚细胞定位决定了PP2A 在BR信号转导中的作用，但是随后的研究发现BR处理并不影响PP2A B′亚基的组织、亚细胞定位和PP2A全酶复合体的组装及活性，而是通过在转录水平上上调发挥负向调节作用的PP2A B′ 亚基的转录从而使细胞内组装成发挥负向调节作用的PP2A全酶复合体的相对含量增多，使PP2A的作用倾向于关闭BR信号。我们的研究不但揭示了BRI1活化后的灭活机制，进一步完善了BR信号转导；同时为我们进一步了解PP2A在植物中的作用及其机理提供了范例。 此外通过免疫共沉淀和酵母双杂交我们找到了很多潜在的PP2A B'β, B'η 和催化亚基 C5 的相互作用蛋白，为进一步研究PP2A在植物生长发育中的功能奠定了基础。