タンパク質ホスファターゼ2a触媒サブユニットは、シロイヌナズナのアクチン細胞骨格を調節することにより、青色光誘発葉緑体回避運動を調節します

フォトトロピン2（Phot2）によって媒介される葉緑体回避の動きは、高蛍光青色光（BL）に対する反応における最も重要な生理学的イベントの1つであり、過剰な光の下で光合成機構の損傷を軽減します。タンパク質ホスファターゼ2A-2（PP2A-2）は、PP2Aの触媒サブユニットのアイソフォームであり、多くの発達プロセスを調節します。PP2A-2が高流量誘発性葉緑体回避運動に関与しているかどうかを調査するために、最初にBLに応答してPP2A-2変異体の葉における葉緑体移動を分析しました。データは、PP2A-2がPhot2を介した葉緑体回避運動の陽性調節因子として作用する可能性があるが、Phot1を介した葉緑体蓄積の動きでは機能しないことを示した。次に、高蛍光BL応答に対するオカダ酸（OA）およびカンサリジン（選択的PP2A阻害剤）の効果をさらに調査しました。特定の濃度範囲内で、外因的に適用されたOAまたはキャンタリジンは、濃度依存的に高分子BL誘導葉緑体運動を阻害しました。アクチン脱重度因子（ADF）/コフィリンリン酸化アッセイにより、PP2A-2はシロイヌナズナミソフィル細胞でアクチン結合タンパク質であるADF/コフィリンを活性化/脱リン酸化することができることが示されました。この観察と一致して、実験は、OAがアクチンへのADF1結合を阻害し、高蛍光BL照射後のアクチン細胞骨格の再編成を抑制できることを示しました。ADF1およびADF3変異体は、高流量誘発性葉緑体回避運動の減少も示しました。結論として、PP2A-2がADF/コフィリンの活性化を調節し、それがアクチン細胞骨格のリモデリングを調節し、Phot2を介した葉緑体回避運動に関与したことを特定しました。

Chloroplast avoidance movements mediated by phototropin 2 (phot2) are one of most important physiological events in the response to high-fluence blue light (BL), which reduces damage to the photosynthetic machinery under excess light. Protein phosphatase 2A-2 (PP2A-2) is an isoform of the catalytic subunit of PP2A, which regulates a number of developmental processes. To investigate whether PP2A-2 was involved in high-fluence BL-induced chloroplast avoidance movements, we first analyzed chloroplast migration in the leaves of the pp2a-2 mutant in response to BL. The data showed that PP2A-2 might act as a positive regulator in phot2-mediated chloroplast avoidance movements, but not in phot1-mediated chloroplast accumulation movements. Then, the effect of okadaic acid (OA) and cantharidin (selective PP2A inhibitors) on high-fluence BL response was further investigated in Arabidopsis thaliana mesophyll cells. Within a certain concentration range, exogenously applied OA or cantharidin inhibited the high-fluence BL-induced chloroplast movements in a concentration-dependent manner. Actin depolymerizing factor (ADF)/cofilin phosphorylation assays demonstrated that PP2A-2 can activate/dephosphorylate ADF/cofilin, an actin-binding protein, in Arabidopsis mesophyll cells. Consistent with this observation, the experiments showed that OA could inhibit ADF1 binding to the actin and suppress the reorganization of the actin cytoskeleton after high-fluence BL irradiation. The adf1 and adf3 mutants also exhibited reduced high-fluence BL-induced chloroplast avoidance movements. In conclusion, we identified that PP2A-2 regulated the activation of ADF/cofilin, which, in turn, regulated actin cytoskeleton remodeling and was involved in phot2-mediated chloroplast avoidance movements.