南湖新闻网讯（通讯员 潘婷）近日，我校生命科学技术学院、湖北洪山实验室严顺平教授课题组在国际著名期刊The Plant Cell发表了题为“APC/C CDC20 targets SCFFBL17 to activate replication stress responses in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现DNA复制胁迫应答的关键蛋白WEE1通过正调控后期促进复合体/细胞周期体（APC/C）介导E3泛素连接酶FBL17的泛素化和降解，从而揭示了植物应答复制胁迫的新机制。
DNA复制是生物遗传的基础，是所有生物体中最基本的过程。但是很多外源和内源因素会影响DNA复制，造成DNA复制胁迫。为了解决复制胁迫问题，细胞会激活细胞周期检查点，从而阻止细胞周期进程，让自己有足够的时间进行修复。在进化上高度保守的蛋白激酶WEE1在复制胁迫应答中起关键作用。在动物中，WEE1通过磷酸化直接抑制蛋白激酶CDK的活性，从而激活细胞周期检测点。然而这种机制在植物中并不保守。严顺平课题组前期的研究发现，WEE1能够磷酸化E3泛素连接酶FBL17，促进FBL17的泛素化和降解，阻止FBL17降解CDK抑制蛋白，从而间接抑制CDK活性（Pan et al, 2021, Nature Plants, 7: 209-218）。但是，目前尚不清楚哪个E3泛素连接酶介导FBL17的泛素化。
APC/C是一类大型的E3泛素连接酶，其主要功能是促进细胞周期从分裂中期进入到分裂后期。在APC/C 复合体中，CDC20或CDH1是结合底物的激活蛋白，APC10是促进底物结合的共激活蛋白。APC/C的底物蛋白一般含有D-box或KEN box基序。作者通过生物信息学分析发现FBL17含有5个D-box基序，暗示FBL17可能是APC/C的底物。随后，作者通过蛋白互作实验发现，FBL17能够与CDC20直接相互作用，但是不能与CDH1相互作用。因此，作者推测APC/CCDC20介导FBL17的泛素化。通过泛素化实验，作者发现APC/CCDC20介导FBL17第559位赖氨酸残基的泛素化。在之前的研究中，作者发现WEE1能够促进模拟磷酸化形式FBL17的降解，表明WEE1除了磷酸化FBL17还可以通过其他机制促进FBL17的降解。基于CDC20可以促进FBL17的泛素化，作者推测WEE1可能通过磷酸化来增强CDC20的功能。然而，作者发现WEE1不能与CDC20相互作用。因此，作者进一步猜测WEE1可能通过磷酸化来增强共激活蛋白APC10的功能。进一步研究发现，WEE1确实能够与APC10相互作用，并且磷酸化APC10第6位的丝氨酸残基；APC10对FBL17的泛素化和降解是必需的；APC10的磷酸化促进了CDC20与FBL17的相互作用。最后，作者发现与wee1突变体类似，沉默CDC20或APC10增加了植物对复制胁迫的敏感性，表明APC/CCDC20正调控复制胁迫应答。
根据这些数据，作者认为被复制胁迫激活的WEE1可以通过两条途径促进FBL17的泛素化和降解。一方面，WEE1通过磷酸化FBL17促进FBL17的泛素化，另一方面WEE1通过磷酸化APC10增强CDC20和FBL17之间的互作，从而促进FBL17的泛素化，并促进其通过蛋白酶体被降解。
该研究发现了蛋白激酶WEE1的新底物APC10，揭示了WEE1调控复制胁迫的新机制，进一步完善了植物的WEE1信号通路。此外，该研究在植物中首次发现了APC/C类E3泛素连接酶与SCF类E3泛素连接酶的相互关系，为今后的研究提供了新视角。
严顺平课题组的博士后潘婷和博士研究生高山为该论文的共同第一作者，严顺平教授为通讯作者，王利利研究员也参与研究工作。该研究得到了国家自然科学基金、华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金、中国博士后基金等项目的资助。
【英文摘要】
DNA replication stress threatens genome stability and affects plant growth and development. How plants resolve replication stress is poorly understood. The protein kinase WEE1-mediated cell cycle arrest is required for replication stress responses. The E3 ubiquitin ligases Anaphase-promoting complex/cyclosome (APC/C) and Skp1/Cullin 1/F-box (SCF) are essential regulators of the cell cycle. Here, we show that APC/CCDC20 mediates the degradation of SCFFBL17 during replication stress responses in Arabidopsis thaliana. Biochemically, WEE1 interacts with and phosphorylates the APC/C co-activator APC10, which enhances the interaction between F BOX-LIKE17 (FBL17) and CELL DIVISION CYCLE 20 (CDC20), an activator of APC/C. Both APC10 and CDC20 are required for the polyubiquitination and degradation of FBL17. Genetically, silencing CDC20 or APC10 confers plant hypersensitivity to replication stress, which is suppressed by loss of FBL17. Collectively, our study suggests that WEE1 activates APC/C to inhibit FBL17, providing insight into replication stress responses in plants.
原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koac360
审核人: 严顺平
