Ученые выявили два фермента, регулирующих белковую деградацию белков в клеточной мембране растений, и установили роль, которую они играют в росте и развитии растений.
Убиквитин представляет собой небольшой регуляторный белок, обнаруженный в большинстве клеток эукариотических организмов. Он жизненно важен для изменения функции других белков и в первую очередь участвует в деградации белков и локализации белков внутри клетки. Убиквитин регулирует эти функции, присоединяясь к целевому белку и отсоединяясь от него , процесс, называемый убиквитинированием.
Ученые из Японии, Бельгии и США во главе с доцентом Такео Сато из Университета Хоккайдо обнаружили в растениях первые примеры деубиквитинирующих ферментов, действующих на белки клеточной мембраны клетки. Их результаты, опубликованные в отчетах журнала EMBO, подробно описывают функцию этих белков.
Добавление убиквитина к белкам-мишеням катализируется ферментами, называемыми убиквитинлигазами , а обратный процесс, удаление убиквитина из белков-мишеней , катализируется деубиквитинирующими ферментами (DUB). Неизвестно, какие растительные DUB способны напрямую удалять убиквитин из мембранных белков. Это отсутствие знаний означало, что регуляция стабильности мембранных белков не была полностью понята.
Команда продемонстрировала, что два из DUB Arabidopsis thaliana, UBP12 и UBP13, непосредственно нацелены на локализованный в клеточной мембране рецептор растительного гормона, известный как BRI1.
BRI1 жизненно важен для обнаружения брассиностероидов (BR), стероидных фитогормонов, которые необходимы для роста и развития. Как правило, когда BRI1 обнаруживает BR, он запускает путь, который регулирует экспрессию генов в ядре. Обилие клеточного BRI1 имеет решающее значение для точного опосредования сигнала BR, хотя регуляторный механизм оптимизации (тонкой настройки) содержания BRI1 в клетках был неясен. Ученые продемонстрировали, что UBP12 и UBP13 деубиквитинируют и стабилизируют BRI1.
В своих экспериментах они показали, что растения Arabidopsis thaliana, у которых отсутствовала способность экспрессировать UBP12 и UBP13, были сильно карликовыми и явно менее чувствительными к BR. Когда мутантный BRI1, который не мог быть убиквитинирован, был введен в эти UBP12 и UBP13-дефицитные растения, дефекты роста были частично восстановлены. В частности, UBP12 и UBP13 нацелены на убиквитинированный BRI1 и воздействуют на него.
Исследование показало, что UBP12 и UBP13 являются ключевыми регуляторами роста растений благодаря их взаимодействию с BRI1. Исследование также дало представление о том, как поддерживается стабильность мембранных белков; однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы полностью понять динамику BRI1 внутри клетки. Наконец, находки предоставляют доказательства того, что DUB растений играют роль, сходную с ролью DUB млекопитающих.
