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論文)EIN2によるエチレンシグナル伝達の分子機構

2017-11-02 13:23:22 | 読んだ論文備忘録

EIN2 mediates direct regulation of histone acetylation in the ethylene response
Zhang et al. PNAS (2017) 114:10274-10279.

doi:10.1073/pnas.1707937114

エチレンのシグナル伝達において、膜結合タンパク質EIN2は重要な役割を演じている。エチレン非存在下では、タンパク質キナーゼCTR1がEIN2のC-末端領域(EIN2-C)をリン酸化し、EIN2の活性は抑制されている。エチレン存在下では、EIN2-Cは脱リン酸化され、切断されて核もしくはプロセシングボディ(P-body)へ移行する。EIN2-Cは核において転写因子のEIN3やEIL1にシグナルを伝達し、このことによってエチレン応答遺伝子の発現が活性化される。テキサス大学オースティン校 細胞分子生物学研究所Qiao らは、以前に、EIN2がエチレン応答に際してヒストンH3K14やH3K23のアセチル化の制御に関与していることを見出し、今回、詳細な解析を行なった。アミノ酸置換によりEIN2-Cが常に核に局在しエチレン応答表現型を示す変異型EIN2 を発現する形質転換シロイヌナズナは、エチレン処理に応答してH3K14AcやH3K23Acが野生型よりも増加した。また、EIN2 過剰発現形質転換体のH3K14AcやH3K23Acはエチレン処理に関係なく野生型よりも多く、ein2-5 変異体ではエチレン処理をしていない条件でH3K14AcやH3K23Acが野生型よりも少なく、エチレン処理による増加も見られなかった。したがって、EIN2-CはH3K14およびH3K23のエチレンに応答したアセチル化に関与していると考えられる。CRISPR-dCas9遺伝子発現活性化システムを用いた解析から、EIN2-Cがターゲット遺伝子のH3K14Ac、H3K23Acを増加させ、ヒストンアセチル化と遺伝子発現の活性化に相関が見られることが確認された。EIN2-CはDNAやクロマチンとの結合に関与するドメインを含んでいないが、ヒストン結合タンパク質のEIN2 nuclear-associated prrotein1(ENAP1)と相互作用をする。そこで、ENAP1-ChIP/EIN2-reChIPシークエンシングを行ない、ENAP1とEIN2の両方と結合する1739遺伝子を同定した。これらのうち半分以上はエチレン存在下でのENAP1のターゲット遺伝子と重複しており、結合シグナルはエチレン存在下で強くなった。また、ENAP1とEIN2の両方が結合する遺伝子の70%以上はエチレン存在下でH3K23Acを含む遺伝子であった。ChIP-seqの結果、ENAP1はエチレン非存在下で7000遺伝子と結合したが、エチレン存在下では結合する遺伝子が5000遺伝子と減少した。また、結合部位の殆どが遺伝子のプロモーター領域であった。ENAP1-ChIP/EIN2-reChIP-qPCRをエチレン処理から経時的に調査すると、EIN2のターゲット遺伝子への結合は徐々に強くなっていき、ENAP1との結合は逆の傾向を示した。また、H3K23Acの量は増加していった。このことから、エチレン存在下でのENAP1結合の変化はEIN2-Cとの相互作用によるものであり、その結果、ターゲット遺伝子のH2K23Acの増加が起こると考えられる。エチレン処理によるENAP1結合の変化はein2-5 変異体では観察されなかった。また、野生型においてエチレンによって発現制御を受ける遺伝子の92%以上は、ENAP1 を過剰発現させたein2-5 変異体で発現量変化を示さなかった。したがって、エチレン応答におけるENAP1の機能はEIN2に依存している。シロイヌナズナの30000遺伝子を3日目黄化芽生えにおける発現量から5つのグループに分け、それらの遺伝子のENAP1 ChIP-seqシグナルを調査した結果、ENAP1は活発に転写される遺伝子領域に結合する傾向が見られた。また、遺伝子活性化の指標であるヒストンのアセチル化を見ると、H3K9Acを含む遺伝子の50%、H3K14Acを含む遺伝子の63%、H3K23Acを含む遺伝子の53%にENAP1が結合していた。エチレンシグナル伝達において鍵となる転写因子のEIN3のChIP-seqシグナルはENAP1がターゲットとしている領域で多く見られた。以上の結果から、エチレン存在下において、EIN2はENAP1および他の因子と相互作用をすることでターゲット遺伝子のヒストンアセチル化を高め、EIN3の結合を促進してエチレンに応答した転写を引き起こしていると考えられる。

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