C-TERMINAL DOMAIN PHOSPHATASE-LIKE 3 contributes to GA-mediated growth and flowering by interaction with DELLA proteins
Li et al. New Phytologist (2024) 242:2555-2569.
doi: 10.1111/nph.19742
C-terminal domain phosphatase-like（CPL）ファミリータンパク質は、C末端側にフォスファターゼドメインを有しており、シロイヌナズナで5つのタンパク質（CPL1～CPL5）がある。ベルギー ゲント大学のDuboisらは、以前に、CPLファミリーのCPL3 が機能喪失したシロイヌナズナcpl3 変異体は花成が促進され、下偏生長を示すことを見出した。早期花成と下偏生長は、ジベレリン（GA）活性が高い植物で観察される表現型であることから、cpl3 変異体の他のGA関連の表現型について調査したところ、cpl3 変異体芽生えは、アントシアニン含量の減少、根や胚軸の伸長促進といった他のGA関連表現型も影響を受けていることが判った。CPL3は翻訳後タンパク質修飾に関与していることから、CPL3とGAシグナル伝達経路に関与するタンパク質が物理的相互作用をしているのではないか考え、タンパク質構造を通じてタンパク質-タンパク質相互作用（PPI）を予測するウェブツール「Arabidopsis PPI Network（AraPPINet）」を用いたin silico PPI解析を行なった。その結果、相互作用が予測されるタンパク質の中に、2つのDELLA（RGA、RGL2）が含まれていることが判明した。早期花成や下偏生長はdellap 五重変異体でも観察されることから、DELLAファミリータンパク質についてさらにPPIの検証を進めた。そして、CPL3はN末端側領域を介してRGA、GAIと相互作用をすることが判った。CPL3がDELLAの活性制御に関与しているかを調べるために、cpl3 変異体とdellap 変異体のトランスクリプトームを比較した。その結果、野生型植物と比較して、cpl3 変異体とdellap 変異体で共通して発現量が変化しているが34遺伝子（28遺伝子は発現上昇、6遺伝子は発現低下）が見出された。したがって、CPL3とDELLAは部分的に重複した生物学的プロセスで作用していることが示唆される。cpl3 変異体のRGAとGAIのタンパク質含量は、野生型植物と比較して25 ％程度低くなっており、この減少は26Sプロテアソーム阻害のMG132処理により回復した。これらの結果から、CPL3は26Sプロテアソーム経路による分解を阻害することでDELLAタンパク質の安定性に関与していることが示唆される。したがって、cpl3 変異体で観察される表現型は、DELLAタンパク質量が減少したことが原因となっているのではないと考え、cpl3 変異体にGA生合成阻害剤パクロブトラゾール処理をしてDELLAタンパク質量を増加させる、もしくはcpl3 変異体でRGA、GAI を過剰発現させたところ、cpl3 変異体の表現型が部分的に抑制された。よって、CPL3はDELLAタンパク質量を増加させることで生長に影響していることが示唆される。cpl3 変異体は、野生型植物と比較して、胚軸伸長、アントシアニン蓄積、花成におけるGA感受性が低下しており、GAシグナル伝達経路が影響を受けている可能性が示唆される。以上の結果から、CPL3はDELLAタンパク質と直接相互作用をすることでDELLAタンパク質の安定性を高め、ジベレリンが関与している様々な過程を負に制御していると考えられる。現在までのところ、シロイヌナズナにおいてDELLAタンパク質のリン酸化を制御するホスファターゼとしてはTYPE-ONE PROTEIN PHOSPHATASE 4（TOPP4）のみが報告されている。TOPP4はRGAとGAIタンパク質を脱リン酸化し、GA依存的な分解に導くことが知られており、topp4 変異体は矮化して花成遅延を起こす。一方で、CPL3は、26Sプロテアソーム系による分解を阻害することでRGAとGAIタンパク質を安定化させる。このことは、CPL3が標的とするDELLAタンパク質のリン酸化部位がTOPP4が脱リン酸化する部位とは異なる可能性が高いことを示唆している。
