シロイヌナズナにおける浸透性ストレスシグナル伝達のプロファイリングのためのホスホプロテオミクス戦略

高いサリン性、低温、干ばつは浸透応力を引き起こし、これは植物の生産性^1,2に影響を与える主要な環境要因である。タンパク質リン酸化は、浸透ストレス^3、4、5に対する植物応答におけるシグナル知覚および伝達を媒介する最も重要な翻訳後修飾の1つである。SNF1関連プロテインキナーゼ2s(SnRK2s)は、浸透性ストレスシグナル伝達⁶に関与している。SnRK2ファミリーの10人のメンバーのうち9人は、浸透性ストレス^7、8に応答して有意な活性化を示^す。snrk2.1/2/3/4/5/6/7/8/9/10 10デクサプル(snrk2-dec)全10個のSnRK2に変異を有する変異体は、浸透圧ストレスに対する過敏症を示した。snrk2-dec変異体において、イノシトール1,4,5-トリスリン酸_(IP3)の浸透ストレス誘導蓄積、アブシジン酸(ABA)生合成、および遺伝子発現が強く減少し、浸透応力応答におけるSnRK2sの重要な役割を強調する^6。しかし、SnRK2sキナーゼがこれらの生物学的プロセスをどのように調節するのかはまだ不明である。浸透性ストレスに応答してホスホプロテオミクスの変化をプロファイリングすることは、このギャップを埋め、植物の浸透性ストレス誘発防御メカニズムを引き出す効率的な方法です。

質量分析法(MS)は植物ホスホプロテオーム⁹をマッピングするための強力な技術です。しかし、植物ホスホプロテオミクスの特性評価は、植物プロテオームのダイナミックレンジと植物のリセ^ート4の複雑さのために依然として課題である。これらの課題を克服するために、光合成顔料や二次代謝産物などの望ましくない干渉を排除し、植物ホスホプロテオーム¹⁰の深い被覆を可能にする普遍的な植物ホスホプロテオミクスワークフローを開発しました。固定化金属イオン親和性クロマトグラフィー(IMAC)や金属酸化物クロマトグラフィー(MOC)などのいくつかのリンペプチド濃縮方法は、MS分析^{11、12、13、14、15、16}の前にリンペプチドを濃縮するために開発されています。リンペプチドと共に精製する酸性非リンペプチドは、リンペプチド検出のための主要な干渉である。以前は、非リンペプチドの結合を排除するためにIMACローディングバッファーのpH値および有機酸濃度を標準化し、前分画工程¹¹をバイパスして90%以上の濃縮特異性を得た。

リンペプチド濃縮および分画の多段階プロセスにおけるサンプル損失は、リンペプチド同定の感度およびリンタンパク質被覆の深さを妨げる。ストップアンドゴー抽出のヒント(ステージのヒント)は、先端の端部をキャップする小さなディスクを含むピペットチップであり、ペプチド分画および洗浄¹⁷のためのクロマトグラフィーと組み込むことができる。段階の先端プロシージャの間のサンプル損失は管間のサンプルの移動を避けることによって最小にすることができる。^Ga3+-IMACおよびFe^3+-IMACでは、低い多量リン酸化ペプチドを単一リン酸化ペプチドから分離し、ヒトホスホプロテオーム¹⁵の深さを改善したステージチップの導入に成功しました。また、高pH逆相(Hp-RP)ステージ先端の使用は、強いカチオン交換(SCX)および強いアニオン交換(SAX)クロマトグラフィー¹⁸と比較して、ヒト膜プロテオームの広い範囲を実証している。そのため、IMAC と Hp-RP ステージチップ技術を統合することで、簡単さ、高い特異性、高スループットで植物のホスホプロテオームのカバレッジを向上させることができます。我々は、この戦略が、植物ホスホプロテオーム¹⁹の強化された深さを表す、シロイヌナズナの苗から20,000以上のリン酸化部位を同定したことを実証した。

ここでは、 シロイヌナズナ におけるホスホプロテオミクスプロファイリングのためのステージ先端ベースのホスホプロテオミクスプロトコルを報告する。このワークフローは、浸透応力に応答して野生型および snrk2-dec 変異苗のホスホプロテオミクス摂動を研究するために適用された。ホスホプロテオミクス解析では、キナーゼ活性化と初期浸透ストレスシグナル伝達に関与するリン酸化部位が明らかになった。野生型と snrk2-dec 変異型ホスホプロテオームデータの比較分析は、高植物におけるオスモアストレスシグナル伝達において重要な役割を果たすRaf様キナーゼ(RAF)-SnRK2キナーゼカスケードの発見を導いた。