Update on Phosphorylation-Mediated Brassinosteroid Signaling Pathways

Yew Lee(이유),Soo Hwan Kim(김수환) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.3

단백질 인산화는 세포의 활동을 조절하는 보편적인 과정이다. 브라시노스테로이드(brassinostreoid)에 의해 매개되는 신호전달은 브라시노스테로이드에 의해 활성화된 세포막상의 protein kinase 로부터 인산화되어 있는 전사 인자들을 탈인산화하는 연속적인 인산화/탈인산화 과정이다. 브라시노스테로이드에 의해 매개되는 신호전달의 연구는 인산화에 관여하는 kinase 기질상의 아미노산을 밝히고, 그와 관련된 돌연변이체의 표현형을 알아봄으로써 급속하게 발전하였다. BRI1과 BAK1의 자기인산화(autophosphorylation), 상호인산화(transphosphorylation), 타이로신 인산화(tyrosine phosphorylation)를 밝힘으로써 그들의 조절작용을 식물의 생리학적, 발생학적 과정을 더 이해할 수 있는 장이 열렸다. 브라시노스테로이드에 의한 인산화는 수용체에 의해 매개되는 세포 내 함입(endocytosis)과 그에 뒤따르는 수용체의 파괴현상에서도 볼 수 있다. 인산화/탈인산화 과정에 관련하여 브라시 노스테로이드에 의해 매개되는 신호전달은 더 연구할 여지가 많이 남아 있다. 이 총설은 단백질의 인산화/탈인산화 과정을 통한 브라시노스테로이드의 신호전달 연구의 최근 상황을 기술하였다. Protein phosphorylation is a universal mechanism that regulates cellular activities. The brassinosteroid (BR) signal transduction pathway is a relay of phosphorylation and dephosphorylation cascades. It starts with the BR-induced activation of the membrane receptor kinase brassinosteroid insensitive 1 (BRI1), resulting in the dephosphorylation of transcription factors such as BZR1/BES2 and BZR2/BES1 followed by BR-induced gene expression. Brassinosteroid signal transduction research has progressed rapidly by identifying the phosphorylation/dephosphorylation site(s) of the BR-regulated kinase and phosphatase substrates with a simultaneous pursuit of mutant phenotypes. Autophosphorylation, transphosphorylation, and serine/threonine and tyrosine phosphorylation of the receptor protein kinases BRI1 and BRI1-associated kinase (BAK1) have increased the understanding of the regulatory role of those kinases during physiological and developmental processes in plants. The phosphorylation event initiated by BR is also found in the regulation of receptor-mediated endocytosis and the subsequent degradation of the receptor. However, the basic molecular links of the BR signal transduction pathway are not well understood regarding this phosphorylation/dephosphorylation event. This review summarizes the current state of BR signal transduction research to uncover the phosphorylation/ dephosphorylation networks and suggests directions for future research on steroid signal transduction to gain a more comprehensive understanding of the process.

A Review of Sirtuin Inhibitors in Therapeutics, Pharmaceutics, and Plant Research

Yew Lee(이유) 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.1

서투인 억제제는 유형 III 히스톤 데아세틸라제(HDAC)인 서투인을 억제하는 화합물이며, 약제학적 및 치료학적 가치를 갖는다. 합성 서투인 억제제는 효모 S. cerevisiae 에서 세포-기반 스크린을 사용하여 발견되었고 특성화 되었으며 서투인의 기능과 관련된 노화, 발암 및 당뇨병을 연구하는데 사용되었다. 의학 분야에서 합성 서투인 억제제는 보다 강력한 효능과 특이성을 얻기 위해 개발되어 왔다. 니코틴아미드 및 티오아세틸리신 함유 화합물, β-나프톨 함유화합물, 인돌 유도체. 수마린, 테노빈 및 그 유사체가 개발 되었다. 서투인 억제제는 식물 발달에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며 식물의 화학적 유전학에 사용되었다. 그러나, 시르티놀-내성 돌연변이 체는 알데히드 옥시다제에 대한 몰리브돕테린 보조인자의 생합성 유전자에 돌연변이가 있었다. 일부 천연 플라보노이드, 카테킨 유도체 및 퀴르세틴 유도체는 서투인 억제제로서 작용하며 치료 목적을 위한 보다 강력한 억제제를 찾기위해 연구 되고 있다. 이 리뷰에서, 서투인을 소개하면서 치료제에서 개발된 서투인 억제제를 소개한다. 서투인 억제제인 서티놀은 식물에서 화학적 유전학에 예기치 않게 사용되었습니다. 보다 강력하고 선택적인 서투인 억제제가 치료제에서 개발되어야 하고, 약학에서 개발된 다른 서투인 억제제는 식물에서 보다 진정한 서투인을 찾기위해 사용되어야 한다. Sirtuin inhibitors are pharmaceutically and therapeutically valuable compounds that inhibit sirtuin, a type III histone deacetylase. Synthetic sirtuin inhibitors were discovered and characterized using cell-based screens in yeast (Saccharomyces cerevisiae) and have been used in the study of aging, carcinogenesis, and diabetes, all of which are related to sirtuin function. For medical applications, synthetic inhibitors have been further developed for increased potency and specificity, including compounds containing nicotinamide, thioacetyl lysine, β-naphthol, and indole derivatives. Suramin, tenovin, and their analogues were developed as a result. Sirtuin inhibitors were found to affect organic development and have been used to genetically modify plants, although a sirtinol-resistant mutation in the biosynthesis of a molybdopterin cofactor for an aldehyde oxidase has been identified. Some natural flavonoids, and catechin and quercetin derivatives also act as sirtuin inhibitors have been studied to identify a more potent inhibitor for therapeutic purposes. In this review, sirtuin is introduced and the therapeutic inhibitors that have been developed are presented, particularly sirtinol which has been used for genetic modification in plants though it was not designed to be so. Sirtuin inhibitors with greater potency and selectivity are required and those developed in pharmaceutics should be used in plant research to identify more authentic sirtuins in plants.

녹두하배축에서 Auxin 과 Cytokinin 에 의한 에틸렌 생합성에 대한 Ca2+ 의 작용

이유(Yew Lee),강빈구(Bin G . Kang) 한국식물학회 1989 Journal of Plant Biology Vol.32 No.4

Calcium promoted ethylene production from mungbean hypocotyl segments incubated in the presence of either auxin or cytokinin (kinetin). Time course studies indicated that the calcium effect on ethylene production had a longer latent period (about 6 h) in combination with kinetin than with auxin. Studies on the effects of agents that are known to interfere with either action or transport (uptake) of calcium on ethylene biosynthesis indicated different patterns between auxin-and kinetin treated tissues. Auxin-induced ethylene production was inhibited by the calmodulin inhibitor, trifluoperazine (TFP), and this inhibition was overcome by high concentrations of calcium applied, but TFP had no significant effect on kinetin-induced ethylene production regardless of calcium in the medium. The calcium channel blocker, verapamil, inhibited auxin-induced, but had little effect on kinetin-induced, ethylene production. In vivo activity of ethylene forming enzyme (EFE) was found to be substantially promoted by calcium treatment. The enzyme activity was further increased by kinetin when segments were simultaneously treated with calcium, but auxin did not have such an effect.

애기장대 내 새로운 브라시노스테로이드 결합체의 분리 및 동정

Se-Hwan Joo(주세환),Yew Lee(이유),Seong-Ki Kim(김성기) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.5

애기장대에서 추출한 효소원에 동위원소로 표지 된 ³²P-ATP와 ³H-castasterone를 기질로 하여 효소반응을 수행하여 얻어진 생성물을 분석한 결과 ³H와 ³²P의 활성이 동시에 검출되었다. 이 대사산물의 구조를 알아보고자 동위원소로 표지 되지 않은 CS, ATP를 이용하여 효소 반응하여 얻어진 대사산물의 GC-MS 분석결과 ion m/z 664의 값을 얻었는데, 이를 CS phosphate로 예상할 수 있었다. 상기의 대사산물 분획에 wheat germ acid phosphatase를 처리하여 phosphoester 결합을 깨뜨린 후 얻어진 생성물의 GC-MS 분석결과 CS의 spectrum을 얻을 수 있었는데 이를 통해 식물체 내 CS의 결합체로 인산화 된 형태가 존재할 가능성을 확인하였다. Metabolism of ³H-castasterone in the presence of ³²P-ATP was examined by an enzyme solution prepared from A. thaliana after a reversed phased HPLC, after which a polar metabolite labeled by both ³H and ³²P was obtained, suggesting that ³H-CS is phosphorylated by ³²P-ATP. To elucidate the structure of the phosphorylated CS, the same enzyme assay was carried out with non-isotopes labeled CS and ATP. In GC-MS analysis the metabolite gave a molecular ion at m/z 664 as a bismethanboronate, suggesting the metabolite is a CS phosphate. Treatment of wheat germ acid phosphatase that hydrolyzed phosphoester bond gave the same mass spectrum and GC retention time in GC-MS analyses, confirming that the metabolite is phosphorylated CS. This is the first example of phosphorylated conjugates of CS in plants.

애기장대 굴중성 반응에 있어서 식물호르몬과 AtEXPA3 유전자의 역할

Hye-Sup Yun(윤혜섭),Yew Lee(이유),Seong-Ki Kim(김성기) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.7

본 연구에서는 식물뿌리의 굴중성 반응에 있어서 식물호르몬과 AtEXPA3 유전자와의 관계를 밝히고자 하였다. AtEXPA3 유전자의 RT-PCR을 통한 발현분석 결과 잎, 근출엽, 뿌리 꽃 등 생장이 활발한 조직에서 발현률이 높게 나타났으며, 굴중성 자극과 BRs, IAA에 의해서도 발현이 증가되었다. 또한 ethylene 생합성 저해제인 AVG를 처리하면 굴중성 반응이 현저히 억제되었는데 이는 ethylene 그 자체도 BR과 IAA처럼 굴중성을 촉진시키는 활성을 갖고 있음을 의미한다. 한편 호르몬을 처리하지 않은 AtEXPA3 RNAi mutant에서 굴중성 반응이 억제되는 현상은 애기장대 뿌리의 생장에 관여하는 AtEXPA3의 조절 인자로 BRs, auxin, ethylene 등의 식물호르몬이 관여하고 있음을 나타낸다. 아울러 BRs signaling mutant에서 변화된 굴중성(bri1-301, bak1에서 감소, BRI-GFP에서 증가) 반응의 감소와 증가는 굴중성 반응이 BRs의 신호전달 과정을 통하여 일어남을 의미한다. 결론적으로 애기장대 뿌리의 굴중성 반응은 식물호르몬에 의한 AtEXPA3 유전자의 발현 증가의 결과로 인해 애기장대 뿌리의 생장이 촉진되어 나타나는 결과라 하겠다. We focused on relationship between phytohormones and AtEXPA3 gene in gravitropic response of A. thaliana. RT-PCR analysis shows that AtEXPA3 was highly expressed in actively developing tissues such as leaf, rosette, root and flower tissues. AtEXPA3 gene expression was enhanced by gravistimulation, BR and IAA. Furthermore, decreased gravitropism was observed when treatment of AVG, an ethylene biosynthetic inhibitor, suggesting that ethylene has a gravistimulating effect itself as well as BRs and IAA. Inhibition of gravitropism in AtEXPA3 RNAi mutant suggests that BR, auxin and ethylene are playing roles as regulators of AtEXPA3. In addition, altered gravitropism in BRs signaling mutant (decreased in bri1-301, bak1, and increased BRI-GFP) indicated that BRs signaling mediated the gravitropism. In conclusion, gravitropic responses of Arabidopsis root resulting from root growth were mediated by increased expression of AtEXPA3 gene, which is stimulated by phytohormones.