探索RabA2A GTP酶调控PIN蛋白顶端极性膜定位的生物学机制

Comprehensive studying the mechanism of PIN protein polar localization on the plasma membrane is essential for understanding the mechanism of auxin polar transport and the regulation of plant development. Our previous results have shown that the compound ES16 and the potential target RabA2A GTPase specifically interfered with the apically polarized auxin transporter PIN2 without disturbing the basally localized PIN1. This process is independent from the basal recycling mediated by ARF-GEF GNOM. During this project, by using biochemical, genetic and cell biology essays, we will further explore the mutual effects between PIN protein phosphorylation status and apical sorting pathway through the regulation of RabA2A GTPase. We will also dissect the molecular mechanism of apical trafficking by investigating the downstream effectors of RabA2A protein. Our results will help better interpret the molecular mechanism of auxin polar transport and developmental regulation and uncover original novel insights in this field.

深化研究PIN蛋白在细胞膜上极性定位的细胞生物学机制对理解生长素极性运输和生长素对植物发育的调控机理至关重要。我们前期结果表明，化合物ES16及其靶标蛋白RabA2A GTP 酶能特异性干扰PIN蛋白顶端极性定位但不影响基底极性分布;该过程独立于ARF-GEF GNOM介导的向底性极性运输。本项目拟在原来工作基础上，通过生化、遗传和细胞生物学手段进一步探索RabA2A GTP酶介导的向顶性极性运输是否与PIN蛋白磷酸化状态相关。我们也将发掘RabA2A下游效应蛋白并阐明其调控向顶性极性运输的细胞生物学机制。通过这些研究深层次剖析PIN蛋白介导生长素极性运输的分子调控机理，将有利于阐明生长素调控植物生长发育的作用机制并期待获得高层次的原创性研究结果。

深入研究PIN蛋白极性定位的细胞生物学机制对理解生长素极性运输和对植物发育的调控机理至关重要。我们前期结果表明，化合物ES16及其靶标蛋白RabA2A GTPse能特异性干扰PIN蛋白顶端极性定位但不影响基底极性分布。本项目在原来工作基础上，通过生化、遗传和细胞生物学手段深入探索RabA2A GTPase调控的向顶性极性运输是否与PIN蛋白磷酸化状态相关。我们的研究结果表明，PIN2磷酸化过程影响内膜分选过程和对ES16的敏感度。同时，我们研究发现调控PIN蛋白磷酸化的激酶PID也能影响RabA2A GTPase亚细胞分布和蛋白丰度。结果符合我们预期，RabA2A GTPase介导的向顶性内膜分选途径与PIN蛋白磷酸化过程确实有相关性。为了研究RabA2A GTPase 调控向顶性极性运输的细胞生物学机制，我们通过免疫共沉淀和质谱检测与RabA2A互作的下游效应蛋白。我们意外的发现RabA2A GTPase可以不通过exocyst复合体直接跟SNARE蛋白互作。这与酵母和动物体系报道的依赖于Rab GTPase级联激活，栓系复合物和SNARE蛋白相互作用介导囊泡外运的机制不同。我们通过一系列遗传、生化和细胞生物学实验证实，RabA2A-SNARE途径与SCD1-RabE-exocyst介导的囊泡外运过程彼此独立，并且两条途径有各自特异性调控的下游货物蛋白。PIN2顶端极性定位受RabA2A途径调控而PEN3侧向极性分布受exocyst途径调控。我们的结果暗示，植物在进化过程中演化出植物特有的内膜分选途径以适应自身发育和响应环境变化的需求。