スフィンゴ脂質がGPI固定化形質蛋白質の分泌とカロースの沈着を調節する

Sphingolipids Modulate Secretion of GPI-anchored Plasmodesmata Proteins and Callose Deposition.

• Arya Bagus Boedi Iswanto
• Jong Cheol Shon
• Minh Huy Vu
• Ritesh Kumar
• Kwang Hyeon Liu
• Jae-Yean Kim

抄録

脂質ラフトはスフィンゴ脂質（SL）とステロールを豊富に含んでいます。ステロールの減少は、グリコシルホスファチジルイノシトール（GPI）-アンカーPDタンパク質の細胞間トラフィッキングで脂質ラフトの完全性が果たす役割、特にカロースの増強に影響を与えることが強調されています。PDにおけるカロースの存在は、カロース合成酵素とβ-1,3-グルカナーゼ(BG)によるカロース蓄積とカロース分解の調節に強く起因している。スフィンゴ脂質は、シグナル伝達や膜タンパク質の輸送に関与していますが、スフィンゴ脂質の組成を交感神経開口部の制御に結びつける基礎的なプロセスは不明のままです。植物には多種多様なスフィンゴ脂質が存在することから、シロイヌナズナ（シロイヌナズナ）の交感神経開口部を制御するために重要なスフィンゴ脂質分子を調査することになった。我々は、いくつかの潜在的なSL経路阻害剤を導入し、2つの独立したSL経路変異体を用いてSLの内容を遺伝的に改変した。スフィンゴ脂質代謝の摂動を介して交感神経接続を制御するために、カロース沈着を調節することができた。特に、グルコシルヒドロキシセラミドや関連するSLの組成の変化は、GPI-anchored PdBG2タンパク質の分泌機構に障害を与え、結果としてカロースの過剰蓄積をもたらした。さらに、私たちの結果は、SLで濃縮された脂質ラフトがGPI-anchored PdBG2のターゲティングを制御することで、交感神経のチャネリングとPDのカロースホメオスタシスとを結びつけていることを明らかにしました。この研究は、グルコシルSLを組み込んだGPIアンカーPDタンパク質の細胞内輸送と正確なターゲティングの基礎となる分子連結についての理解を深めるものである。

Plasma membranes encapsulated in the symplasmic nano-channels of plasmodesmata (PD) contain abundant lipid rafts, which are enriched with sphingolipids (SLs) and sterols. Reduction of sterols has highlighted the role played by lipid raft integrity in the intercellular trafficking of glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored PD proteins, particularly in affecting callose enhancement. The presence of callose at PD is strongly attributed to regulation of callose accumulation and callose degradation by callose synthases and β-1,3-glucanases (BGs), respectively. Sphingolipids are implicated in signaling and membrane protein trafficking; however, the underlying processes linking sphingolipid compositions to the control of symplasmic apertures remain unknown. The wide variety of sphingolipids in plants prompted us to investigate which sphingolipid molecules are important for regulating symplasmic apertures in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). We introduced several potential SL pathway inhibitors and genetically modified SL contents using two independent SL pathway mutants. We were able to modulate callose deposition to control symplasmic connectivity through perturbations of sphingolipid metabolism. Alteration in glucosylhydroxyceramides or related SL composition particularly disturbed the secretory machinery for the GPI-anchored PdBG2 protein, resulting in an over-accumulation of callose. Moreover, our results revealed that SL-enriched lipid rafts link symplasmic channeling to PD callose homeostasis by controlling the targeting of GPI-anchored PdBG2. This study elevates our understanding of the molecular linkage underlying intracellular trafficking and precise targeting of GPI-anchored PD proteins incorporating glucosyl SLs.

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