シロイヌナズナのジュモンジドメイン含有タンパク質ELF6およびREF6によるブラジノステロイド調節遺伝子発現の調節

植物ステロイドホルモン、ブラシノステロイド（BRS）は、植物の成長と発達にとって非常に重要です。BRSは、細胞表面受容体キナーゼであるBRI1およびGSK3様キナーゼBIN2を介してシグナルを与えて、BES1/BZR1ファミリーの転写因子を調節します。これは、遺伝子プロモーターを標的に直接結合して遺伝子発現を活性化または抑制し、BR応答を媒介します。BES1が標的遺伝子発現をどのように調節するかを理解するために、2つのBES1インタラクションタンパク質、ELF6（初期開花6）とそのホモログRef6（早期開花6の相対）を特定しました。タンパク質を含み、開花時間を調節することが以前に発見されました。BES1とELF6/REF6の相互作用は、GSTプルダウンとBIFC（Bimolecular蛍光補完）実験によって確認されました。シロイヌナズナのELF6またはRef6遺伝子の変異は、細胞伸長障害やBR標的遺伝子の発現の減少を含むBR関連の表現型をもたらします。クロマチン免疫沈降（CHIP）実験は、ヒストン3リジン9（H3K9）メチル化状態がELF6およびREF6変異体で変化したことを示しており、多くのJMJタンパク質がヒストンデメチラーゼであるという最近の発見と一致しています。我々の結果は、BES1がELF6やREF6などの他の転写調節因子をターゲット遺伝子発現を調節し、開花時間の制御などの他の発達プロセスと調整することを示しています。JMJドメイン含有ヒストンデメチラーゼは、多くの発達プロセスや疾患で遺伝子発現に関与していますが、これらのタンパク質が特定の経路にどのように影響するかはよく理解されていません。したがって、我々の研究は、JMJドメインタンパク質がBES1などの経路特異的転写因子と相互作用することにより、特定の遺伝子発現を調節する重要なメカニズムを確立します。

Plant steroid hormones, brassinosteroids (BRs), are of great importance for plant growth and development. BRs signal through a cell surface receptor kinase, BRI1, and a GSK3-like kinase, BIN2, to regulate the BES1/BZR1 family of transcription factors, which directly bind to target gene promoters to activate or repress gene expression and mediate BR responses. To understand how BES1 regulates target gene expression, we identified two BES1-interacting proteins, ELF6 (early flowering 6) and its homolog REF6 (relative of early flowering 6), both of which are Jumonji N/C (JmjN/C) domain-containing proteins and were previously found to regulate flowering time. The interactions between BES1 and ELF6/REF6 were confirmed by GST pull-down and BiFC (bimolecular fluorescence complementation) experiments. Mutations in ELF6 or REF6 genes in Arabidopsis lead to BR-related phenotypes, including impaired cell elongation and reduced expression of BR target genes. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiments indicated that histone 3 lysine 9 (H3K9) methylation status was changed in elf6 and ref6 mutants, consistent with recent findings that many Jmj proteins are histone demethylases. Our results demonstrate that BES1 recruits other transcriptional regulators such as ELF6 and REF6 to regulate target gene expression and coordinate BR responses with other developmental processes such as control of flowering time. Jmj domain-containing histone demethylases are involved in gene expression in many developmental processes and diseases, but how these proteins affect specific pathways is not well understood. Thus, our study establishes an important mechanism by which Jmj domain proteins modulate specific gene expression by interacting with pathway-specific transcription factors such as BES1.