Глобальная фосфопротеомика раскрывает разнообразные роли казеинкиназы 1 в развитии растений

Фосфорилирование белков — это основная посттрансляционная модификация, осуществляемая протеинкиназами, которые являются неотъемлемой частью сложных сигнальных сетей у эукариот. Казеинкиназа 1 (CK1) — это консервативная серин/треониновая протеинкиназа у эукариот, играющая ключевую роль как у растений, так и у млекопитающих, фосфорилируя различные субстраты.

Систематическому изучению функций CK1 мешает точная идентификация её эндогенных субстратов. Высокопроизводительный анализ событий фосфорилирования, опосредованных CK1, облегчит характеристику эндогенных субстратов и прояснение функций киназы.

Фосфопротеомика позволяет эффективнее профилировать фосфопротеом in vivo. Недавнее технологическое достижение в сэмплинге — независимый от данных acquisition (DIA) — позволяет идентифицировать и собирать фосфопептиды с более высоким охватом и пропускной способностью, значительно улучшая чувствительность и точность результатов ЖХ-МС.

В этом исследовании Qu et al. применили количественную фосфопротеомику на основе DIA для изучения сайт-специфичных событий фосфорилирования, опосредованных CK1/AELs у Arabidopsis. Они идентифицировали 3985 CK1-зависимых фосфопептидов и определили 1032 фосфобелка, анализируя проростки с сверхэкспрессией отдельных генов AEL или с нарушенными функциями AEL.

Интересно, что в обогащении субстратов, связанных с эмбриональным развитием, был идентифицирован CCCH-тип цинк-пальцевого транскрипционного фактора C3H17. Дальнейшие биохимические и генетические исследования доказали, что AELs через фосфорилирование повышают стабильность белка и транскрипционную активность C3H17, регулируя развитие зародыша растения, что даёт информативные ключи к пониманию сложной регуляции репродуктивного развития растений.

Впоследствии среди CK1-регулируемых вверх фосфопептидов были обогащены и верифицированы четыре новых мотива субстратов CK1. Поиск в базе данных белков Arabidopsis с этими мотивами выявил множество не описанных ранее биологических процессов, в которые может быть вовлечено опосредованное CK1 фосфорилирование, а также новые предполагаемые субстраты или механизмы в уже известных процессах.

Поскольку CK1 высококонсервативна у эукариот, авторы провели поиск с верифицированными мотивами в базах данных белков риса, мыши и человека и обогатили 2099 консервативных биологических процессов у животных и растений. Это значительно расширяет потенциальный диапазон субстратов и возможных механизмов действия CK1 и облегчает функциональные исследования киназы. В более широком смысле эти данные дают представление о консервативной функции CK1 у растений и животных.

Это исследование с помощью фосфопротеомного анализа получило CK1-зависимые фосфопептиды и фосфорилированные белки, а также мотивы субстратов CK1. Функциональный анализ субстрата C3H17 прояснил регуляторный механизм опосредованного CK1 фосфорилирования в эмбриональном развитии.

Эти консервативные функции и вновь предсказанные субстраты помогут в изучении основных и общих ролей CK1 у разных видов, открывая новые пути для исследования функции генов в контексте фундаментальной науки и для применения в трансляционной медицине.

Исследование опубликовано в журнале Science Bulletin.