Protein phosphorylation is one of the major mechanisms for controlling many cellular processes in all living organisms. Mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascades are known to transducer extracellular stimuli to several cellular processes, including cell division, differentiation as well as responses to various stresses. In plants, several studies have revealed that MAPK cascade pathways play an important role in responses against biotic and abiotic stresses, including wounding, pathogen infection, temperature, drought, salinity and plant hormones. It is also known that MAPK cascades-mediated signaling is an essential process in the resistance step to pathogens by regulating the activity of transcription factors. Here, the insights into the functions of MAPK cascade pathways in plant defense response signaling from Arabidopsis, tobacco and rice are described.
Plants have evolved differently from animals having mobile activities. Thus, plants should have developed unique defense mechanisms against biotic/abiotic stresses to which plants are differently exposed, according to seasons. Most organisms have an conserved signaling network using mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade(s). The phenomenon implied that they are functionally very important in all organisms. In fact, they constitute one of the major components of signaling pathways involved in regulating a wide range of cellular activities from growth and development to cell death. Recently, complete MAPK cascade was first characterized in Arabidopsis from the receptor kinase (FLS2) through fellowing MEKKI -MKK4/MKK5-MPK3/MPK6-WRKY22/MRKY29 pathway. Whereas, MAPK cascade signaling pathway in monocot plant including rice (0ryza sativa L.), the most important of all food crops and an established monocot plant research model, MAPKinase kinase kinases (MAPKKK) of rice are the first upstream component of the MAPK cascade, but MAPKKK has been first identified and characterized in our lab and designated as, OsEDRl based on its homology with the Arabidopsis EDRI. The Arabidopsis EDRl was regarded as a negative regulator of defense response and the role of rice OsEDRl was analyzed. Transcriptional regulation of OsEDRl was detected under various stresses and immunoblotting analysis is going on to detect the level of OsEDRl protein in the mutants showing unique phenotype. We also introduced the constitutively active and the dominant negative forms of the OsEDRl for characterizing biological function.
세포외기질(exrtracellular matrix, ECM)에 의한 생쥐 초기 배아의 발생 조절 현상의 기작 규명을 위한 연구의 일환으로 Engelbreth-Holm-Swarm(EHS) mouse sarcoma의 세포외기질로부터 추출한 ECM 복합체인 Matrigel의 성장인자 제거형(GFR-Matrigel)을 생쥐 포배에 처리한 후 mitogen activated protein kinase (MAPK, ERK1/2) 활성 의 변화를 조사하였다. Matrigel 처리 후 10분 이내에 배아의 MAPK 활성이 유의하게 증가하였고, 60분 후에도 유의하게 높은 활성을 유지하였다. 한편 MAPK cascade의 저해제인 PD098059를 전처리한 경우 Matrigel에 의한 MAPK 활성의 증가가 관찰되지 않았다. Matrigel 배양액 내에서 12시간 동안 배양한 포배의 MAPK 활성은 대조군과는 현격한 차이를 보였다. 이러한 결과로부터 ECM에 의한 생쥐초기 배아의 발생 촉진효과 발현기작에는 하위 신호전달 과정의 MAPK 활성화 과정이 관여하는 것으로 사료된다.
You, Min Kyoung;Oh, Seung-Ick;Ok, Sung Han;Cho, Sung Ki;Shin, Hyun Young;Jeung, Ji Ung;Shin, Jeong Sheop
Molecules and Cells
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제23권1호
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pp.108-114
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2007
The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling cascade is critical for regulating plant defense systems against various kinds of pathogen and environmental stresses. One component of this cascade, the MAP kinase kinases (MAPKK), has not yet been shown to be induced in plants following biotic attacks, such as those by insects and fungi. We describe here a gene coding for a blast (Magnaporthe grisea)- and insect (Nilaparvata lugens)-responsive putative MAPK kinase, OmMKK1 (Oryza minuta MAPKK 1), which was identified in a library of O. minuta expressed sequence tags (ESTs). Two copies of OmMKK1 are present in the O. minuta genome. They encode a predicted protein with molecular mass 39 kDa and pI of 6.2. Transcript patterns following imbibition of plant hormones such as methyl jasmonic acid (MeJA), ethephone, salicylic acid (SA) and abscisic acid (ABA), as well as exposure to methyl viologen (MV), revealed that the expression of OmMKK1 is related to defense response signaling pathways. A comparative analysis of OmMKK1 and its O. sativa ortholog OsMKK1 showed that both were induced by stress-related hormones and biotic stresses, but that the kinetics of their responses differed despite their high amino acid sequence identity (96%).
Yoo, Seung Jin;Kim, Su-Hyun;Kim, Min-Jeong;Ryu, Choong-Min;Kim, Young Cheol;Cho, Baik Ho;Yang, Kwang-Yeol
The Plant Pathology Journal
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제30권2호
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pp.168-177
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2014
Plant has possessed diverse stress signals from outside and maintained its fitness. Out of such plant responses, it is well known that mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade plays important role in wounding and pathogen attack in most dicot plants. However, little is understood about its role in wounding response for the economically important monocot rice plant. In this study, therefore, the involvement of MAPK was investigated to understand the wounding signaling pathway in rice. The OsMPK1 was rapidly activated by wounding within 10 min, and OsMPK1 was also activated by challenge of rice blast fungus. Further analysis revealed that OsMKK4, the upstream kinase of OsMPK1, phosphorylated OsMPK1 by wounding in vivo. Furthermore, OsMPK1 directly interacted with a rice defense-related transcription factor OsWRKY53. To understand a functional link between MAPK and its target transcription factor, we showed that OsMPK1 activated by the constitutively active mutant $OsMKK4^{DD}$ phosphorylated OsWRKY53 in vitro. Taken together, components involving in the wounding signaling pathway, OsMKK4-OsMPK1-OsWRKY53, can be important players in regulating crosstalk between abiotic stress and biotic stress.
생쥐 착상전 초기배아에서 insulin과 tumor necrosis factor $\alpha$ (TNF$\alpha$)에 의한 배아의 형태 발생, 세포증식, apoptosis 및 MAPK활성의 변화를 조사하였다. Insulin에 의해 형태발생 및 포배당 세포수가 증가되었으며 TNF $\alpha$ 처리시 유의하게 감소하였다. TNT$\alpha$ 전처리시 insulin에 의한 발생 및 세포수 증가 촉진효과가 상쇄되었으며 TNF$\alpha$는 배아내 caspase-3의 활성을 증가시켰다. Insulin은 단시간내에 포배에서 mitogen activated protein kinase (MAPK or Erk1/2)의 활성을 증가시켰다. TNF$\alpha$는 포배내 MAPK의 활성을 감소시켰다. Insulin 처리 전 TNF $\alpha$를 전처리한 경우 insulin에 의한 MAPK 활성의 증가가 상쇄되었다. 배발생을 촉진하는 인슐린 신호전달 과정은 MAPK cascade를 경유하며 TNF $\alpha$를 경유한 신호전달과 Crosstalk이 존재하는 것으로 사료된다.
Using murine immortalized microglial cells (BV-2), we examined the regulation of RANTES production stimulated by lipopolysaccharide (LPS), focusing on the role of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and nuclear factor $(NF)-{\kappa}B.$ The result showed that RANTES (regulated upon activation of normal T cell expressed and secreted) was induced at the mRNA and protein levels in a dose- and time-dependent manner in response to LPS. From investigations of second messenger pathways involved in regulating the secretion of RANTES, we found that LPS induced phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase (Erk), p38 MAPK and c-Jun-N-terminal kinase (JNK), and activated $(NF)-{\kappa}B.$ To determine whether this MAPK phosphorylation is involved in LPS-stimulated RANTES production, we used specific inhibitors for p38 MAPK and Erk, SB 203580 and PD 98059, respectively. LPS-induced RANTES production was reduced approximately 80% at $25\;{\mu}M$ of SB 203580 treatment. But PD 98059 did not affect RANTES production. Pyrrolidine-dithiocarbamate (PDTC), $(NF)-{\kappa}B$ inhibitor, reduced RANTES secretion. These results suggest that LPS-induced RANTES production in microglial cells (BV-2) is mainly mediated by the coordination of p38 MAPK and $(NF)-{\kappa}B$ cascade.
Plant growth and development are coordinately orchestrated by environmental cues and phytohormones. Light acts as a key environmental factor for fundamental plant growth and physiology through photosensory phytochromes and underlying molecular mechanisms. Although phytochromes are known to possess serine/threonine protein kinase activities, whether they trigger a signal transduction pathway via an intracellular protein kinase network remains unknown. In analyses of mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK, also called MKK) mutants, the mkk3 mutant has shown both a hypersensitive response in plant hormone gibberellin (GA) and a less sensitive response in red light signaling. Surprisingly, light-induced MAPK activation in wild-type (WT) seedlings and constitutive MAPK phosphorylation in dark-grown mkk3 mutant seedlings have also been found, respectively. Therefore, this study suggests that MKK3 acts in negative regulation in darkness and in light-induced MAPK activation during dark-light transition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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