近日，日本爱媛大学（Ehime University）蛋白质科学中心（Proteo-Science Center）Tatsuya Sawasaki研究组揭示GARU E3泛素连接酶的酪氨酸磷酸化通过阻止GID1降解以促进赤霉素信号转导。研究结果于2017年10月17日在线发表于《Nature Communications》上。
赤霉素（GA）是调控植物生长发育的重要激素。GA依赖的GID1 GA受体与DELLA形成复合体后，GA响应起始并降解DELLA阻遏蛋白。染料木黄酮（genistein）是一种已知的酪氨酸（Tyr）激酶抑制剂，可抑制DELLA降解。然而，Tyr磷酸化对GA响应的生物学作用仍不清楚。本研究发现GARU（GA受体RING E3泛素连接酶）可介导泛素依赖的GID1降解，且植物TAGK2 Tyr激酶是染料木黄酮的靶标，并通过磷酸化GARU的Tyr321以抑制GARU与GID1A的相互作用。染料木黄酮可诱导GID1降解和DELLA积累。相反，拟南芥garu突变体和TAGK2过表达植株促进了GID1稳定和DELLA降解。在盐胁迫下，GARU可抑制种子萌发。本研究提出，GA响应由GARU依赖的GID1泛素化负调节，由TAGK2介导的GARU的Tyr磷酸化正调节，并且染料木黄酮通过抑制TAGK2从而抑制GA信号。
赤霉素（GA）是一种二萜化合物，对植物生长发育起到重要的调控作用。GA信号起始由四部分组成：GA、GA受体GID1（GA INSENSITIVE DWARF1）、阻遏物DELLA和特异性F-box蛋白。GID1最先在水稻中得到鉴定，其同源基因在其它高等植物中陆续被鉴定出。拟南芥具有三个GID1同源基因：GID1A、GID1B和GID1C。它们功能冗余，且可调控GA信号通路。在拟南芥中，已鉴定出5种DELLA蛋白：GAI、RGA、RGL1、RGL2和RGL3。DELLA蛋白主要定位于细胞核，并通过与特定转录因子的相互作用作为负向或正向转录调节因子。GA信号的第一步为GA与GID1结合。接着，GID1-GA复合体再与DELLA结合形成新的复合体。GID1-GA-DELLA复合体与F-box蛋白相互作用，其可募集SCF E3连接酶复合体并通过26S蛋白酶体方式泛素化降解DELLA。DELLA蛋白水平的快速降低导致转录因子活性改变，致使植物中几种GA调节基因的表达水平升高或降低。
近来研究表明，DELLA蛋白的稳定性受到翻译后修饰调控，如DELLA的丝氨酸或苏氨酸的磷酸化与去磷酸化修饰。相比之下，GID1的翻译后修饰尚未报道。有趣的是，相关药理学研究表明，Tyr激酶抑制剂染料木黄酮（GNS）可强烈抑制大麦和烟草BY-2细胞中GA诱导的DELLA降解。然而，突变分析显示Tyr磷酸化未发生在DELLA蛋白中。这些结果表明，GID1和/或其他蛋白质的Tyr磷酸化参与DELLA降解，并且在GA诱导的DELLA降解中起重要作用。
GNS是大豆中主要的异黄酮之一。其为哺乳动物Tyr蛋白激酶（PTK）的抑制剂。虽然在许多植物（包括拟南芥）中也发现了GNS，但其靶分子仍不甚清楚。最近的一项研究表明，CjWRKY1的Tyr残基可被黄连（Coptis japonica）中未知的内源蛋白激酶磷酸化，GNS处理可抑制其磷酸化，表明植物中含有GNS的蛋白激酶靶标。然而，目前尚不清楚Tyr磷酸化信号级联是否发生在植物中，因为在拟南芥和水稻基因组中未发现PTK的同源基因。最近几个研究小组已鉴定了植物特异性的酪氨酸磷酸酶。利用磷酸化蛋白质组学方法发现了Tyr磷酸化的肽，其Tyr磷酸化比例与人细胞中的相当。这些结果表明，植物具有Tyr磷酸化信号通路，但Tyr磷酸化在生化和生理过程中的作用了解甚少。
Figure 1. A proposed model for control of GID1A protein stability by GARU-dependent ubiquitination and TAGK2-dependent Tyr phosphorylation.
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