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植物ホルモンタンパク質ネットワークによる広範なシグナル統合
Extensive signal integration by the phytohormone protein network.
PMID: 32612234 DOI: 10.1038/s41586-020-2460-0.
抄録
植物ホルモンは、環境の合図に対する応答と発生プログラムを調整するものであり、ストレスからの回復力と農作物の収量のための基本的な役割を果たしている。植物ホルモンの効果の根底にある核心的なシグナル伝達経路は、遺伝学的スクリーニングや仮説に基づいたアプローチによって解明され、選択された経路のインタラク タクトーム研究によって拡張されてきた。しかし、異なる経路からの情報がどのように統合されるかについては、根本的な疑問が残っている。遺伝学的には、ほとんどの表現型はいくつかのホルモンによって制御されているように見えるが、転写プロファイリングを行うと、ホルモンが主に排他的な転写プログラムを引き起こすことが示唆されている。我々は、植物ホルモンのシグナル統合には、タンパク質-タンパク質相互作用が重要な役割を果たしているのではないかと仮説を立てた。ここでは、シロイヌナズナの植物ホルモンシグナル伝達ネットワークのシステムレベルのマップを実験的に作成した。高度に相互接続されたネットワークの中から、クロストークの潜在的なポイントとなるパスウェイコミュニティと、これまでに知られていなかった数百のパスウェイコンタクトを同定した。7つのホルモン経路における候補タンパク質の機能検証を行ったところ、74％のタンパク質が84％の候補相互作用で新たな機能を有していることが明らかになり、大多数のシグナル伝達タンパク質が複数の経路で多元的に機能していることが明らかになった。さらに、数百のホルモン受容体の低分子依存性相互作用を明らかにした。その結果、ホルモン受容体のシグナル伝達は、これまでの研究結果と比較して、非カノニカルで非転写を媒介とする受容体シグナル伝達が、これまでの評価よりも一般的であることが示唆された。
Plant hormones coordinate responses to environmental cues with developmental programs, and are fundamental for stress resilience and agronomic yield. The core signalling pathways underlying the effects of phytohormones have been elucidated by genetic screens and hypothesis-driven approaches, and extended by interactome studies of select pathways. However, fundamental questions remain about how information from different pathways is integrated. Genetically, most phenotypes seem to be regulated by several hormones, but transcriptional profiling suggests that hormones trigger largely exclusive transcriptional programs. We hypothesized that protein-protein interactions have an important role in phytohormone signal integration. Here, we experimentally generated a systems-level map of the Arabidopsis phytohormone signalling network, consisting of more than 2,000 binary protein-protein interactions. In the highly interconnected network, we identify pathway communities and hundreds of previously unknown pathway contacts that represent potential points of crosstalk. Functional validation of candidates in seven hormone pathways reveals new functions for 74% of tested proteins in 84% of candidate interactions, and indicates that a large majority of signalling proteins function pleiotropically in several pathways. Moreover, we identify several hundred largely small-molecule-dependent interactions of hormone receptors. Comparison with previous reports suggests that noncanonical and nontranscription-mediated receptor signalling is more common than hitherto appreciated.