論文）EIN2をリン酸化する2種類のタンパク質キナーゼ

The TOR–EIN2 axis mediates nuclear signalling to modulate plant growth
Fu et al.  Nature (2021) 591:288-292.
doi:10.1038/s41586-021-03310-y

ショ糖はシロイヌナズナ黄化芽生えの胚軸伸長を促進する。この伸長促進はグルコースによって活性化されたラパマイシン標的（TOR）キナーゼが関与しており、TORキナーゼを特異的に阻害するラパマイシン、トリン2、AZD8055の処理はグルコースによる胚軸伸長を抑制する。中国 福建農林大学のXiong らは、エチレン非感受性変異体のein2-5 やein3 eil1 はTORキナーゼ阻害剤による胚軸伸長抑制に対して耐性を示すことを見出した。しかしながら、エチレンやエチレン前駆体ACCの処理はTORキナーゼ活性に影響しておらず、エチレン受容体変異体etr1-1 やエチレンの作用阻害剤（1-MCP）もしくは生合成阻害剤（AVG）の処理はTORキナーゼ阻害剤の作用を妨げなかった。EIN2のC-末端側細胞質ドメイン（EIN2-C）は、エチレンシグナル伝達を負に制御しているCTR1タンパク質キナーゼと直接相互作用してリン酸化されることが知られているが、TORキナーゼもまたEIN2-Cと相互作用をしてリン酸化することが判った。エチレン存在下でEIN2は転写因子のEIN3やEIL1を安定化することで胚軸伸長を抑制するが、グルコースの除去やTORキナーゼ活性の阻害もEIN2を介してEIN3を安定化させた。エチレン応答性因子（ERF）B3サブファミリーの多くはEIN3やEIL1の下流に位置する転写因子で、エチレンによって活性化され胚軸伸長を抑制する。トリン2処理はERF B3サブファミリーの発現をエチレン処理よりも活性化し、この活性化はEIN2、EIN3、EIL1に依存していた。また、ERF1 を過剰発現させた芽生えは胚軸が短くなり、トリン2に対する感受性が低下していた。これらの結果から、EIN2は、エチレンシグナル伝達経路とは独立してTORキナーゼの直接の基質となっていると考えられる。エチレン処理はEIN2の脱リン酸化と核での蓄積を引き起こし、ラパマイシン処理もEIN2の核蓄積を促進した。TORキナーゼによって特異的にリン酸化されるThr657をAlaに置換したEIN2(T657A)はラパマイシンやACCの処理をしなくても核に蓄積し、Aspに置換したEIN2(T657D)はTORキナーゼ活性を阻害しても核に蓄積しなかった。CTR1キナーゼによってリン酸化されるSer645残基をAspに置換したEIN2(S645D)はACC処理をしても核に蓄積されないが、ラパマイシン処理には応答して核に局在した。一方で、EIN2(T657D)はACC処理により核に局在した。したがって、グルコース‐TOR経路とエチレン‐CTR1経路はリン酸化するEIN2のアミノ酸残基が異なり、独立してEIN2の核局在を制御して胚軸伸長を調節していると考えられる。エチレンによるEIN2の脱リン酸化はEIN2を切断してC末端側領域を核に局在させるが、TORキナーゼ活性の阻害は完全長EIN2を核に蓄積させた。芽生えのRNA-seq解析の結果、野生型植物をグルコース処理することで活性化する遺伝子の76 ％、抑制される遺伝子の66 ％は、ein2-5 変異体ではグルコース応答性が低下していることが判った。また、グルコース処理で活性化する遺伝子の42 ％はein2-5 変異体で既に高い活性を示し、それらの遺伝子には細胞周期、DNA複製、細胞壁合成、脂質合成等に関与するものが多く含まれていた。よって、EIN2はグルコースによる細胞分裂活性化を阻害する負の制御因子として機能していると考えられる。エチレンおよびグルコースによって転写制御されている遺伝子の多くはEIN2に依存しているが、両者が重複して制御している遺伝子は比較的少なかった。以上の結果から、EIN2は、TORキナーゼとCTR1キナーゼにより異なるリン酸化を受け、植物の成長を制御する中枢の因子として機能していると考えられる。