The stability of diverse cellular proteins in eukaryotes is regulated via ubiquitination. Moreover, E3 ligase plays a crucial role in determining substrate specificity and transfers ubiquitins into the substrates during the ubiquitination process. As a type of multi-subunit E3 ligase, cullin4 (CUL4)-based E3 ligase (CRL4) complex is involved in a variety of cellular processes, such as hormonal and stress responses in plants. In spite of several reports on the versatile roles of CRL4 in various signalings in Arabidopsis, CRL4's function in rice has been poorly known. To learn about CRL4-mediated cellular processes in rice in more detail, OsCUL4 that exhibits the highest homology with Arabidopsis CUL4 was isolated, and its expression patterns in various tissues and in response to plant hormones and abiotic stresses were monitored. Exogenous application of ABA or cytokinin increased the transcript levels of the OsCUL4 gene. Moreover, OsCUL4 was significantly upregulated in response to drought and salt stresses. These findings imply that OsCUL4 may be functionally related to ABA- and/or cytokinin-mediated cellular responses. OsCUL4 directly interacted with OsDDB1, an adaptor protein of CRL4, indicating that OsCUL4 can act as a scaffold protein of CRL4. An expression study on the OsCUL4 gene from this report could be used as a starting point to elucidate cellular responses in which a CRL4-mediated ubiquitination process is involved in rice.
Post-translational modification is an efficient process to rapidly transduce external stimulus into cellular response. Ubiquitination is a typical post-translational modification which is a highly conserved process in eukaryotes. UPS (Ubiquitin/Proteasome System) mediated by the ubiquitination is to target diverse cellular proteins for degradation. Among E3 ubiquitin ligases that function as the key determinant for substrate recognition, CRL (cullin–RING E3 ubiquitin ligase) is the largest family and forms the complex composed of cullin, RBX1, adaptor and substrate receptor. Although CRL1, also known as SCF complex, has been widely researched for its biological role, the functional studies of CRL4 have been relatively elusive. In Arabidopsis, there are 119 substrate receptors named DCAF (DDB1 CUL4 Associated Factor) proteins for CRL4 and a fraction of DCAF proteins have been identified for their potential functions so far. In this paper, current understanding on structure and biological roles of plant CRL4 complexes in a diverse of cellular events is reviewed, especially focusing on CRL4 substrate receptors. Moreover, the regulatory mechanism of CRL4’s activity is also introduced. These studies will be helpful to further understand the signal transduction pathways in which such CRL4 complexes are involved and give a clue to establish the action network of entire CRL4 complexes in plants.
Kim, Sung Ah;Jo, Seung-Hyun;Cho, Jin Hwa;Yu, Min Yeong;Shin, Ho-Chul;Kim, Jung-Ae;Park, Sung Goo;Park, Byoung Chul;Kim, Sunhong;Kim, Jeong-Hoon
Molecules and Cells
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v.43
no.11
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pp.935-944
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2020
Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT) plays an essential role in maintaining cellular homeostasis in response to environmental stress. Under conditions of hypoxia or xenobiotic exposure, ARNT regulates the subset of genes involved in adaptive responses, by forming heterodimers with hypoxia-inducible transcription factors (HIF1α and HIF2α) or aryl hydrocarbon receptor (AhR). Here, we have shown that ARNT interacts with DDB1 and CUL4-associated factor 15 (DCAF15), and the aryl sulfonamides, indisulam and E7820, induce its proteasomal degradation through Cullin-RING finger ligase 4 containing DCAF15 (CRL4DCAF15) E3 ligase. Moreover, the two known neo-substrates of aryl sulfonamide, RNA-binding motif protein 39 (RBM39) and RNA-binding motif protein 23 (RBM23), are not required for ARNT degradation. In line with this finding, aryl sulfonamides inhibited the transcriptional activities of HIFs and AhR associated with ARNT. Our results collectively support novel regulatory roles of aryl sulfonamides in both hypoxic and xenobiotic responses.
During mitosis. the proper segregation of duplicated chromosomes is corrdinated by a spindle check-point. The bifurcated spindle checkpoint blocks cell cycle progression at metaphase by monitoring unattached kinetochores and inhibits mitotic exit in response to the misorientation of the mitotic spin- dle Ibd1p/Bfa1p is a spindle checkpoint regulator of budding yeast in the Bub2p checkpoint pathway for mitotic exit and its disruption abolishes mitotic arrest when proper organization of the mitotic spin-dls inhibited. Ibd1p/Bfa1p localizes to the spindle pole body, a microtublue-organizing center in yeast, and its overexpression arrests the cell cycle in 80% of cells with an enlarged budy at mitosis and in 20 % of cells with multiple buds. In this study, we found that the C-terminus of Ibd1p/Bfa1p phys-ically interacts with Skp1p, a key component of SCF (Skp1/cullin/F-box) complex for ubiquition-medi-ated proteolysis of cel cycle regulatores as well as an evolutionally conserved kinetochore protein for cell cycle progression. A putative F-box motif was found in the C-terminus of Ibd1p/Bfa1p and its function was investigated by making mutants of conserved residues in the motif. These Ibd1p/Bfa1p mutants of a putative F-box interacted with SKp1p in vitro by two-hybrid assays as wild type Ibd1p/Bfa1p. Also these Ibd1p/Bfa1p utants displayed the overexpression phenotypes of wild type Ibd1p, when over-expressed under inducible promoters . These results suggest that a putative F-box motif of Ibd1p/Bfa1p is not essential for the interaction with SKp1p and its function in mitotic exit and cytokinesis.
The ubiquitin-proteasome system is one of the major protein turnover mechanisms that plays important roles in the regulation of a variety of cellular functions. It is composed of E1 (ubiquitin-activating enzyme), E2 (ubiquitin-conjugating enzyme), and E3 ubiquitin ligases that transfer ubiquitin to the substrates that are subjected to degradation in the 26S proteasome. The Skp1, Cullin, F-box protein (SCF) E3 ligases are the largest E3 gene family, in which the F-box protein is the key component to determine substrate specificity. Although the SCF E3 ligase and its F-box proteins have been extensively studied in the model yeast Saccharomyces cerevisiae, only limited studies have been reported on the role of F-box proteins in other fungi. Recently, a number of studies revealed that F-box proteins are required for fungal pathogenicity. In this communication, we review the current understanding of F-box proteins in pathogenic fungi.
The body color pattern in fish is a distinctive feature for species identification. The blass bloched rockfish Sebastes pachycephalus is a commercially important marine fish species, distributed in the central and southern parts of Korea and south Hokkaido of Japan. It has a morphological feature divided into four subspecies according to with or lacking distinct spots on the body surface, and to the location of markings on the body surface. However, the genetic basis of body color pattern of S. pachycephalus is still unknown. Thus we analyzed the transcriptome of S. pachycephalus skin samples using RNA-seq analysis to investigate functional genes related to body color patterns. The experimental skin samples were prepared by classified into 'Wild type' (lacking distinct spots and markings) and 'Color type' (with distinct spots and marking). Two skin sample transcriptomes were compared pairwise and the results revealed that were 164 differentially expressed unigenes in the skin samples of 'Wild type' and 'Color type'. Gene Ontology analysis of 164 differentially expressed unigenes showed that these genes were included in the functional group of molecular function (2 genes), biological process (46 genes), and cellular component (6 genes). There were several genes that body color type skin specific expression and the genes were CTL (Galactose-specific lectin nattectin), CUL1 (Cullin-1), CMAS (N-acylneuraminate cytidylyltransferase), NMRK2 (Nicotinamide riboside kinase 2), ALOXE3 (Hydroperoxide isomerase ALOXE3), SLC4A7 (sodium bicarbonate cotransporter 3). Our study is the first attempt to search for functional genes involved in the formation of body color patterns in S. pachycephalus. The differentially expressed unigenes obtained in this study can be used as candidate genes for functional gene study related to body coloration of fish.
Epilepsy is a neurological disorder characterized by unpredictable seizures, which are bursts of electrical activity that temporarily affect the brain. Cereblon (CRBN), a DCAFs (DDB1 and CUL4-associated factors), is a well-established protein associated with human mental retardation. Being a substrate receptor of the cullin-RING E3 ubiquitin ligase (CRL) 4 complex, CRBN mediates ubiquitination of several substrates and conducts multiple biological processes. In the central nervous system, the large-conductance Ca2+-activated K+ (BKCa) channel, which is the substrate of CRBN, is an important regulator of epilepsy. Despite the functional role and importance of CRBN in the brain, direct injection of pentylenetetrazole (PTZ) to induce seizures in CRBN knock-out mice has not been challenged. In this study, we investigated the effect of PTZ in CRBN knock-out mice. Here, we demonstrate that, compared with WT mice, CRBN knock-out mice do not show the intensification of seizures by PTZ induction. Moreover, electroencephalography recordings were also performed in the brains of both WT and CRBN knockout mice to identify the absence of significant differences in the pattern of seizure activities. Consistently, immunoblot analysis for validating the protein level of the CRL4 complex containing CRBN (CRL4Crbn) in the mouse brain was carried out. Taken together, we found that the deficiency of CRBN does not affect PTZ-induced seizure.
Amyloid precursor protein binding protein-1 (APP-BP1) binds to the carboxyl terminus of amyloid precursor protein and serves as a bipartite activation enzyme for the ubiquitin-like protein, NEDD8. Previously, it has been reported that APP-BP1 rescues the cell cycle S-M checkpoint defect in Ts41 hamster cells, that this rescue is dependent on the interaction of APP-BP1 with hUba3. The exogenous expression of APP-BP1 in neurons has been reported to cause DNA synthesis and apoptosis via a signaling pathway that is dependent on APP-BP1 binding to APP. These results suggest that APP-BP1 overexpression contributes to neurodegeneration. In the present study, we explored whether APP-BP1 expression was altered in the brains of Tg2576 mice, which is an animal model of Alzheimer's disease. APP-BP1 was found to be up-regulated in the hippocampus and cortex of 12 month-old Tg2576 mice compared to age-matched wild-type mice. In addition, APP-BP1 knockdown by siRNA treatment reduced cullin-1 neddylation in fetal neural stem cells, suggesting that APP-BP1 plays a role in cell cycle progression in the cells. Collectively, these results suggest that increased expression of APP-BP1, which has a role in cell cycle progression in neuronal cells, contributes to the pathogenesis of Alzheimer's disease.
Cereblon (CRBN), a substrate receptor of cullin 4-RING E3 ligase (CRL4) regulates the ubiquitination and degradation of c-Jun, mediating the lipopolysaccharide-induced cellular response. However, the upstream signaling pathway that regulates this process is unknown. In this study, we describe how endoplasmic reticulum (ER) stress reversely regulates sequestosome-1 (p62)and c-Jun protein levels. Furthermore, our study reveals that expression of p62 attenuates c-Jun protein levels through the ubiquitinproteasome system. Conversely, siRNA knockdown of p62 elevates c-Jun protein levels. Immunoprecipitation and immunoblotting experiments demonstrate that p62 interacts with c-Jun and CRBN to form a ternary protein complex. Moreover, we find that CRBN knockdown completely abolishes the inhibitory effect of p62 on c-Jun. Using brefeldin A as an inducer of ER stress, we demonstrate that the p62/c-Jun axis participates in the regulation of ER stress-induced apoptosis, and that CRBN is required for this regulation. In summary, we have identified an upstream signaling pathway, which regulates p62-mediated c-Jun degradation. Our findings elucidate the underlying molecular mechanism by which p62/c-Jun axis regulates the ER stress-induced apoptosis, and provide a new molecular connection between ER stress and apoptosis.
Kim, Soon-Hee;Lee, Joon-Hyun;Seo, Kyoung-In;Ryu, Boyeong;Sung, Yongju;Chung, Taijoon;Deng, Xing Wang;Lee, Jae-Hoon
Molecules and Cells
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v.37
no.11
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pp.833-840
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2014
Cullin4-RING ubiquitin ligase (CRL4) is a family of multi-subunit E3 ligases. To investigate the possible involvement of CRL4 in heat stress response, we screened T-DNA insertion mutants of putative CRL4 substrate receptors that exhibited altered patterns in response to heat stress. One of the mutants exhibited heat stress tolerance and was named heat stress tolerant DWD1 (htd1). Introduction of HTD1 gene into htd1-1 led to recovery of heat sensitivity to the wild type level, confirming that the decrease of HTD1 transcripts resulted in heat tolerance. Therefore, HTD1 plays a negative role in thermotolerance in Arabidopsis. Additionally, HTD1 directly interacted with DDB1a in yeast two-hybrid assays and associated with DDB1b in vivo, supporting that it could be a part of a CRL4 complex. Various heat-inducible genes such as HSP14.7, HSP21, At2g03020 and WRKY28 were hyper-induced in htd1-1, indicating that HTD1 could function as a negative regulator for the expression of such genes and that these genes might contribute to thermotolerance of htd1-1, at least in part. HTD1 was associated with HSP90-1, a crucial regulator of thermotolerance, in vivo, even though the decrease of HTD1 did not affect the accumulation pattern of HSP90-1 in Arabidopsis. These findings indicate that a negative role of HTD1 in thermotolerance might be achieved through its association with HSP90-1, possibly by disturbing the action of HSP90-1, not by the degradation of HSP90-1. This study will serve as an important step toward understanding of the functional connection between CRL4-mediated processes and plant heat stress signaling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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