ペチュニアのストリゴラクトン受容体DAD2の柔軟性は、シグナル伝達パートナーとの相互作用を促進する

Flexibility of the petunia strigolactone receptor DAD2 promotes its interaction with signaling partners.

• Hui Wen Lee
• Prachi Sharma
• Bart J Janssen
• Revel S M Drummond
• Zhiwei Luo
• Cyril Hamiaux
• Thomas Collier
• Jane R Allison
• Richard D Newcomb
• Kimberley C Snowden

抄録

ストリゴラクトン（SL）はテルペノイド由来の植物ホルモンであり、様々な発生過程、特にシュートの分岐、根の発達、葉の老化を制御する。SLの受容体には珍しい作用モードがあります。SLと結合すると、ホルモンを加水分解し、加水分解産物の一つと共有結合します。これらの初期事象により、ＳＬ受容体ＤＡＤ２（ペチュニアの）は、Ｓｋｐ-Ｃｕｌｌｉｎ-Ｆ-ｂｏｘ（ＳＣＦ）複合体のＦ-ｂｏｘタンパク質ＰｈＭＡＸ２Ａおよび／またはＳＬシグナル伝達のリプレッサーであるＰｈＤ５３Ａと相互作用することが可能になる。しかし、SL受容体がどのようにして結合し、加水分解されて、シグナル伝達物質との結合を可能にするのかは不明である。ここで、我々は、DAD2を変化させ、SLの加水分解またはそのシグナル伝達パートナーと相互作用するDAD2の能力に影響を与えるために突然変異誘発を使用した。我々は、加水分解活性がPhMAX2AまたはPhD53Aとの受容体の相互作用から分離された3つのDAD2変異体を同定した。コアα/βハイドロラスフォールドドメインおよびヘアピンに置換を有する2つのバリアント、DAD2およびDAD2は、それぞれPhMAX2AおよびPhD53Aとホルモンに依存しない相互作用を示した。一方、DAD2変異体はSLの存在下ではPhMAX2Aとの相互作用は認められなかったが、PhD53Aとの相互作用は影響を受けなかった。DAD2とDAD2の構造解析は、WT受容体の構造と比較して、わずかな違いしか認められなかった。DAD2の構造を分子動力学シミュレーションした結果、DAD2の柔軟性が増加したことが、DAD2とPhMAX2AとのSL非依存的な相互作用の原因である可能性が示唆された。この結果は、PhMAX2AとPhD53AがSL受容体上に異なる結合部位を持ち、その柔軟性がこれら2つの下流調節因子との相互作用を決定する主要な要因であることを示唆している。

Strigolactones (SLs) are terpenoid-derived plant hormones that regulate various developmental processes, particularly shoot branching, root development, and leaf senescence. The SL receptor has an unusual mode of action. Upon binding SL, it hydrolyzes the hormone, and then covalently binds one of the hydrolytic products. These initial events enable the SL receptor DAD2 (in petunia) to interact with the F-box protein PhMAX2A of the Skp-Cullin-F-box (SCF) complex and/or a repressor of SL signaling, PhD53A. However, it remains unclear how binding and hydrolysis structurally alters the SL receptor to enable its engagement with signaling partners. Here, we used mutagenesis to alter DAD2 and affect SL hydrolysis or DAD2's ability to interact with its signaling partners. We identified three DAD2 variants whose hydrolytic activity had been separated from the receptor's interactions with PhMAX2A or PhD53A. Two variants, DAD2 and DAD2, having substitutions in the core α/β hydrolase-fold domain and the hairpin, exhibited hormone-independent interactions with PhMAX2A and PhD53A, respectively. Conversely, the DAD2 variant could not interact with PhMAX2A in the presence of SL, but its interaction with PhD53A remained unaffected. Structural analyses of DAD2 and DAD2 revealed only small differences compared with the structure of the WT receptor. Results of molecular dynamics simulations of the DAD2 structure suggested that increased flexibility is a likely cause for its SL-independent interaction with PhMAX2A. Our results suggest that PhMAX2A and PhD53A have distinct binding sites on the SL receptor and that its flexibility is a major determinant of its interactions with these two downstream regulators.

© 2020 Lee et al.