首页分享 CUL3 E3 ligases in plant development and environmental response==国家水稻数据中心文献数据库

CUL3 E3 ligases in plant development and environmental response==国家水稻数据中心文献数据库

来源：花匠小妙招时间：2024-11-30 20:26

17.352

Zhaonan Ban, Mark EstelleNature Plants, 2021, 7(1): 6-16 DOI: 10.1038/s41477-020-00833-6; 追溯原文......本站官方QQ群：62473826

Section of Cell and Developmental Biology, University of California, San Diego, La Jolla, CA, USA

Thirty years of research have revealed the fundamental role of the ubiquitin–proteasome system in diverse aspects of cellular regulation in eukaryotes. The ubiquitin–protein ligases or E3s are central to the ubiquitin–proteasome system since they determine the specificity of ubiquitylation. The cullin–RING ligases (CRLs) constitute one large class of E3s that can be subdivided based on the cullin isoform and the substrate adapter. SCF complexes, composed of CUL1 and the SKP1/F-box protein substrate adapter, are perhaps the best characterized in plants. More recently, accumulating evidence has demonstrated the essential roles of CRL3 E3s, consisting of a CUL3 protein and a BTB/POZ substrate adaptor. In this Review, we describe the variety of CRL3s functioning in plants and the wide range of processes that they regulate. Furthermore, we illustrate how different classes of E3s may cooperate to regulate specific pathways or processes.

CUL3类E3泛素连接酶在植物发育和环境响应中的重要作用

泛素-蛋白酶体系统（UPS）是生物体内保守并且不可或缺的生物过程，它决定细胞内蛋白的稳定性，调控生物体内的多种生物学过程。在泛素活化酶E1，泛素结合酶E2和泛素连接酶E3等系列酶参与的级联反应中，底物蛋白被加上一个或多个泛素蛋白分子标签，被特定泛素链修饰的蛋白则进入26S蛋白酶体系统被降解。其中，E3泛素连接酶特异性识别底物蛋白，因而具有丰富的多样性。植物中，根据蛋白结构和功能，E3泛素连接酶可以分为四大类：HECT，RING，U-box和CRLs (cullin-RING)，前三类蛋白酶以单体形式发挥作用，而CRLs类具有多个亚基，目前在植物中已被广泛和深入地报道参与几乎生长发育的全阶段。
　　CRL复合体以cullin亚基为桥梁，其C端招募RBX1（RING-FINGER PROTEIN RING BOX PROTEIN 1）和E2蛋白，N端结合识别底物的受体蛋白。根据cullin亚基和受体蛋白的种类，CRLs类E3复合体又分为CUL1，CUL3，CUL4和APC2四类（图1）。这些丰富的E3蛋白在植物中发挥特异的生物路径，共同调控植物的生长发育。
　　在已有CRLs的功能报道中，CUL1类型E3（SCF复合体）的研究最为深入，近些年来，CUL3类型的E3蛋白（CRL3s）功能研究也更加广泛。CRL3s在线虫和人类中最先发现，与CUL1的结构类似，CRL3s复合体由CUL3蛋白，RBX1和底物蛋白受体BTB/POZ共同组成。拟南芥中，CUL3有两个功能冗余的成员，即CUL3a 和CUL3b，两个基因同时突变时造成胚胎致死。RBX1是RING-H2类型的蛋白，能够识别和招募E2泛素结合酶，使其转运泛素分子给底物蛋白。拟南芥有两个同源性较高的RBX1蛋白，其中RBX1a几乎在所有组织里面表达，rbx1敲低材料的生长发育严重缺陷，而且RBX1a与CUL1，CUL3和CUL4都能互作，说明RBX1a是CRLs类E3的核心原件，是拟南芥正常生长发育所必须的蛋白。BTB/POZ蛋白亚基具有保守的BTB/POZ结构域，该结构与CUL3互作形成CRLs复合体。BTB结构域之外存在丰富的蛋白互作结构域（ankyrin，TPR和MATH等），这些结构域能够特异识别靶标蛋白并将其泛素化修饰。拟南芥和水稻中分别有80和90个BTB结构域蛋白，说明其能够组装多种CRL3s类型E3复合体，参与多种靶标蛋白的泛素化修饰过程，因此BTB/POZ亚基也决定了CRL3s复合体的多样性。
　　根据BTB/POZ蛋白的互作结构域种类，作者分别进行了功能和结构的归纳总结。拟南芥有6个BTB/POZ–MATH 蛋白（BPM1–BPM6），通过对不同物种的同源蛋白分析，发现MATH–BTB成员在禾本科植物中发生了扩增，其个数从拟南芥中的6个扩增到玉米和水稻的31和68个。禾本科植物中特异扩增的BTB/POZ–MATH蛋白在玉米或水稻中表型出表达量较低或者高度组织特异性的特点。植物中还有一类特异的BTB/POZ蛋白BTB–NPH3，也叫NPH3/RPT2-like (NRLs)，其蛋白C端具有NPH3 (NON-PHOTOTROPHIC HYPOCOTYL 3)结构域，有些成员则包含卷曲螺旋结构域。拟南芥中有31个NRL成员，其中部分成员参与到向光性，根的向重性，叶绿体积累和生长素介导的植物发育过程。BTB–ankyrin类蛋白在植物和动物中都存在，拟南芥中有6个BTB–ankyrin成员，包括NPR1/2/3/4和BOP1/2，前者参与到植物免疫反应，后者则调控叶片和花发育。BTB–TPR蛋白仅存在于植物中，拟南芥的三个成员ETO1和EOL1/2参与乙烯的合成。植物还存在一类特有的光响应BTB蛋白LRBs，其C端具有BACK（BTB and C-terminal Kelch )结构域，拟南芥中LRB1和 LRB2在开花和光形态建成作用中发挥重要作用。其它类型的BTB/POZ类型蛋白还包括BTB–TAZ，BTB–Armadillo等成员，它们均参与到特定的底物蛋白泛素化修饰过程，调控植物的生长发育。
　　进一步地，作者围绕CRL3s类型的E3蛋白亚基和复合体的成员进行了功能研究的总结，揭示了CUL3类E3广泛参与植物胚胎发生，激素合成和信号转导，光信号转导，植物免疫反应和生化代谢路径等多个生物学过程。此外，作者对影响CRL3s类E3蛋白酶活性的因素也进行了探讨，举例说明了在正常环境以及者生物或者非生物逆境下的活性调节作用（图2），揭示了CRL3s类E3精细地调控植物的生长发育和环境响应过程，为后续深入研究CRL3s的功能奠定了基础。