拟南芥HIPP蛋白参与调控CKX蛋白的内质网相关降解和细胞分裂素响应

2021年7月24日，Molecular Plant在线发表了奥地利格拉茨大学生物研究所Tomáš Werner团队题为“Arabidopsis HIPP proteins regulate endoplasmic reticulum-associated degradation of CKX proteins and cytokinin responses”的研究论文。该研究发现重金属相关异戊二烯化植物蛋白（HIPPs）参与调节细胞分裂素氧化酶/脱氢酶CKX的内质网（ER）相关蛋白降解（ERAD）过程，从而调控细胞分裂素响应和植物发育。

ERAD是错误折叠或未折叠蛋白在ER中被识别并逆向运输到细胞质经泛素化后由蛋白酶体降解的过程，在ER胁迫应答中发挥重要作用。植物激素细胞分裂素参与调控分生组织的细胞增殖与分化、器官形成、胁迫响应等多种发育过程。CKXs是催化细胞分裂素降解的关键酶，对于植物体内细胞分裂素稳态的维持至关重要。近期研究发现，CKX 蛋白水平在植物发育过程中受到 ERAD的影响。然而，植物ERAD的发生机制，包括底物蛋白从ER的输出以及参与CKX等蛋白ERAD的分子组成仍有待研究。

为探究ERAD调控胞内CKX蛋白水平的分子机制，本研究通过酵母双杂筛选及验证发现，ER/质外体定位的CKX蛋白异构体与HIPPs家族成员存在特异性互作。HIPP蛋白存在一个或多个重金属相关（HMA）结构域和C端异戊二烯化/法尼基化位点。在真核生物中保守存在的少部分HMA可作为金属蛋白分子伴侣，负责将金属离子传递至特定的金属蛋白和亚细胞区室。相比之下，多数HIPP家族成员的生物学功能在很大程度上还是未知的。

以CKX1-HIPP7复合物为例进行分析发现，HIPP7的异戊二烯化基序对于CKX1互作必不可少。BiFC观察结果显示，在ER和细胞质中均能检测到CKX-HIPP复合物的存在，表明其中包含逆向易位的CKX蛋白种类。HIPP过表达和hipp高阶突变植株中CKX水平的改变表明，与之结合的HIPP蛋白参与调控CKX的ERAD（图1）。CKX蛋白的失调导致细胞分裂素信号活性的相应变化，并触发典型的形态细胞分裂素反应。值得注意的是，细胞分裂素对HIPP基因的转录抑制说明存在细胞分裂素稳态和信号响应的反馈调节机制。此外，HIPP基因的缺失组成性激活了未折叠蛋白反应并降低了ER胁迫耐受性，表明HIPP是植物 ERAD 的新型功能性组分。

图1. 在HIPP过表达植株和ERAD突变体中CKX1蛋白水平的变化调控

综上表明，HIPP蛋白以异戊二烯化依赖性方式与ER和质外体定位的CKXs蛋白互作，以此介导CKX ERAD过程。CKX-HIPP复合物进而调控细胞分裂素信号转导以及植物的生长和发育。另外，功能性HIPPs对于缓解ER胁迫至关重要。

图2.HIPPs参与ERAD和ER胁迫反应

来源：植物生物学