タンパク質のリン酸化は、シロイヌナズナNADPHオキシダーゼのCa2+依存性活性化の前提条件であり、Ca2+および活性酸素種の陽性フィードバック調節のトリガーとして機能する可能性があります。

NADPHオキシダーゼによって生成された活性酸素種（ROS）は、シグナル伝達と発達において重要な役割を果たします。ROSの毒性が高いことを考えると、それらの生産は厳しく規制されています。シロイヌナズナでは、呼吸バーストオキシダーゼホモログF（ATRBOHF）がNADPHオキシダーゼをコードします。ここでは、異種発現システムを使用してAtrboHFの活性化を特徴付けました。AtrboHFは、タンパク質のリン酸化とCa2+によって相乗的に活性化されたROS生産活性を示しました。N末端のサイトゾル領域におけるATRBOHFの2つのEFハンドモチーフは、CA2+依存性の活性化に不可欠でした。AtrboHDとAtrboHFはストレス反応に関与しています。AtrboHDとAtrboHFの活性化メカニズムは類似していましたが、AtrboHDは、少なくとも部分的には機能的な多様性を反映する可能性があるAtrboHFよりもROS産生活性が大幅に大きくなりました。さらに、活性化に関するCa2+とリン酸化の相互関係を特徴づけ、タンパク質のリン酸化によって誘導される活性化がCa2+とは無関係であることがわかりました。対照的に、プロテインキナーゼ阻害剤であるK-252Aは、用量依存的にAtrboHDおよびAtrboHFのCa2+依存性ROS産生活性を阻害し、タンパク質のリン酸化がRBOHのCa2+依存性活性化の前提条件であることを示唆しています。AtrboHCを介したCa2+およびROSの肯定的なフィードバック調節は、ルートヘアチップの成長に重要な役割を果たすことが提案されています。私たちの調査結果は、RBOHのリン酸化が植物Ca2+-ROSシグナル伝達ネットワークの初期トリガーであることを示唆しています。

Reactive oxygen species (ROS) produced by NADPH oxidases play critical roles in signalling and development. Given the high toxicity of ROS, their production is tightly regulated. In Arabidopsis, respiratory burst oxidase homologue F (AtrbohF) encodes NADPH oxidase. Here we characterised the activation of AtRbohF using a heterologous expression system. AtRbohF exhibited ROS-producing activity that was synergistically activated by protein phosphorylation and Ca2+. The two EF-hand motifs of AtRbohF in the N-terminal cytosolic region were crucial for its Ca2+-dependent activation. AtrbohD and AtrbohF are involved in stress responses. Although the activation mechanisms for AtRbohD and AtRbohF were similar, AtRbohD had significantly greater ROS-producing activity than AtRbohF, which may reflect their functional diversity, at least in part. We further characterised the interrelationship between Ca2+ and phosphorylation regarding activation and found that protein phosphorylation-induced activation was independent of Ca2+. In contrast, K-252a, a protein kinase inhibitor, inhibited the Ca2+-dependent ROS-producing activity of AtRbohD and AtRbohF in a dose-dependent manner, suggesting that protein phosphorylation is a prerequisite for the Ca2+-dependent activation of Rboh. Positive feedback regulation of Ca2+ and ROS through AtRbohC has been proposed to play a critical role in root hair tip growth. Our findings suggest that Rboh phosphorylation is the initial trigger for the plant Ca2+-ROS signalling network.