Die Proteinphosphorylierung ist eine wichtige posttranslationale Modifikation, die von Proteinkinasen durchgeführt wird, die einen integralen Bestandteil komplexer Signalnetzwerke in Eukaryoten darstellen. Caseinkinase 1 (CK1) ist eine konservierte Serin/Threonin-Proteinkinase in Eukaryoten und spielt sowohl in Pflanzen als auch in Säugetieren eine zentrale Rolle, indem sie verschiedene Substrate phosphoryliert.
Trotz der zunehmenden Bedeutung von CK1 ist die systematische Aufklärung seiner Funktion immer noch durch die genaue Identifizierung endogener Substrate begrenzt. Die Hochdurchsatzanalyse von CK1-vermittelten Phosphorylierungsereignissen wird die Charakterisierung endogener Substrate und die funktionelle Klärung von CK1 erleichtern.
Die Phosphoproteomik ermöglicht eine effektivere Profilierung des Phosphoproteoms in vivo. Ein jüngster technologischer Fortschritt in der Probenahme, die datenunabhängige Erfassung (DIA), ermöglicht die Identifizierung und Sammlung von Phosphopeptiden mit einem höheren Identifizierungsbereich und Durchsatz, wodurch die Empfindlichkeit und Genauigkeit der LC-MS-Ergebnisse erheblich verbessert wird.
In dieser Studie haben Qu et al. führten quantitative DIA-basierte Phosphoproteomik durch, um ortsspezifische Phosphorylierungsereignisse zu untersuchen, die durch CK1/AELs in Arabidopsis vermittelt werden. Sie identifizierten 3.985 CK1-abhängige Phosphopeptide und definierten 1.032 Phosphoproteine, indem sie Sämlinge erkannten und analysierten, die einzelne AEL-Gene überexprimierten oder denen AEL-Funktionen fehlten.
Interessanterweise wurde ein Zinkfinger-Transkriptionsfaktor vom CCCH-Typ, C3H17, bei der Substratanreicherung im Zusammenhang mit der Embryonalentwicklung identifiziert. Weitere biochemische und genetische Studien bewiesen, dass AELs die Proteinstabilität und die Transkriptionsaktivität von C3H17 durch Phosphorylierung fördern, um die Entwicklung von Pflanzenembryonen zu regulieren, und lieferten informative Hinweise für die komplexe Regulierung der Fortpflanzungsentwicklung von Pflanzen.
Anschließend wurden vier neue CK1-Substratmotive unter CK1-hochregulierten Phosphopeptiden angereichert und verifiziert. Die Suche in der Arabidopsis-Proteindatenbank mit diesen Motiven ergab mehrere nicht berichtete biologische Prozesse, an denen die CK1-vermittelte Phosphorylierung beteiligt sein könnte, sowie neue mutmaßliche Substrate oder neue Mechanismen in bekannten biologischen Prozessen.
Da CK1 in allen Eukaryoten hoch konserviert ist, durchsuchten sie die Proteindatenbanken von Reis, Mäusen und Menschen mit den verifizierten Motiven und bereicherten 2.099 bei Tieren und Pflanzen konservierte biologische Prozesse, was das potenzielle Substratspektrum und den möglichen Mechanismus von CK1 erheblich erweitert und die Funktionsstudien und Mechanismusausarbeitung von CK1. Im weiteren Sinne liefern diese Daten Einblicke in die konservierte Funktion von CK1 in Pflanzen und Tieren.
In dieser Studie wurden CK1-abhängige Phosphopeptide und phosphorylierte Proteine sowie Substratmotive von CK1 durch Phosphoproteomics-Analyse ermittelt. Die Funktionsanalyse des Substrats C3H17 klärte den Regulationsmechanismus der CK1-vermittelten Phosphorylierung in der Embryonalentwicklung auf.
Diese konservierten Funktionen und neu vorhergesagten Substrate werden dazu beitragen, die wesentlichen und allgemeinen Rollen von CK1s in allen Arten zu untersuchen und neue Wege für die Untersuchung der Genfunktion im Kontext der Grundlagenforschung und für Anwendungen in der translationalen Medizin zu eröffnen.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftsbulletin.
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Li Qu et al., Datenunabhängige, akquisitionsbasierte globale Phosphoproteomik enthüllt die vielfältigen Rollen von Caseinkinase 1 in der Pflanzenentwicklung. Wissenschaftsbulletin (2023). DOI: 10.1016/j.scib.2023.08.017