A conserved cysteine motif is critical for rice ceramide kinase activity and function.
A conserved cysteine motif is critical for rice ceramide kinase activity and function.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0018079
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发表时间：
2011-03-31
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Yao N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bi FC;Zhang QF;Liu Z;Fang C;Li J;Su JB;Greenberg JT;Wang HB;Yao N
神经酰胺激酶 (CERK) 是双子叶植物和动物细胞存活的关键调节因子。关于 CERK 和神经酰胺在介导单子叶植物细胞过程中的作用知之甚少。在这里，我们报告了来自水稻（Oryza sativa spp. Japonica cv. Nipponbare）的神经酰胺激酶 OsCERK 的特征，并研究了神经酰胺对水稻细胞活力的影响。 OsCERK 可以补充拟南芥 CERK 突变体 acd5。重组 OsCERK 具有具有 Michaelis-Menten 动力学的神经酰胺激酶活性，并且在 7.0 pH 和 40°C 下具有最佳活性。 Mg2+ 以浓度依赖性方式激活 OsCERK。重要的是，CXXXCXXC 基序在所有神经酰胺激酶中都是保守的，对人类酶的活性很重要，对于 OsCERK 酶活性和植物功能也至关重要。在水稻原生质体系统中，抑制 CERK 会导致细胞死亡，而添加的神经酰胺和神经酰胺-1-磷酸（CERK 的底物和产物）的比例会影响细胞的存活。神经酰胺诱导的水稻细胞死亡具有细胞凋亡的特征，并且是一个活跃的过程，分别需要蛋白质从头合成和磷酸化。最后，之前在拟南芥中与神经酰胺诱导的细胞死亡相关的线粒体膜电位损失也在水稻中被发现，但发生的时间不同。 OsCERK 是一种真正的神经酰胺激酶，具有功能和进化上保守的富含 Cys 的基序，在调节植物细胞命运中发挥着重要作用。人类和水稻 CERK 中保守基序的重要功能表明 CERK 的生化机制在动物和植物中是相似的。此外，神经酰胺在单子叶植物和双子叶植物中诱导细胞死亡具有相似的特征。
Ceramide kinase (CERK) is a key regulator of cell survival in dicotyledonous plants and animals. Much less is known about the roles of CERK and ceramides in mediating cellular processes in monocot plants. Here, we report the characterization of a ceramide kinase, OsCERK, from rice (Oryza sativa spp. Japonica cv. Nipponbare) and investigate the effects of ceramides on rice cell viability. OsCERK can complement the Arabidopsis CERK mutant acd5. Recombinant OsCERK has ceramide kinase activity with Michaelis-Menten kinetics and optimal activity at 7.0 pH and 40°C. Mg2+ activates OsCERK in a concentration-dependent manner. Importantly, a CXXXCXXC motif, conserved in all ceramide kinases and important for the activity of the human enzyme, is critical for OsCERK enzyme activity and in planta function. In a rice protoplast system, inhibition of CERK leads to cell death and the ratio of added ceramide and ceramide-1-phosphate, CERK's substrate and product, respectively, influences cell survival. Ceramide-induced rice cell death has apoptotic features and is an active process that requires both de novo protein synthesis and phosphorylation, respectively. Finally, mitochondria membrane potential loss previously associated with ceramide-induced cell death in Arabidopsis was also found in rice, but it occurred with different timing. OsCERK is a bona fide ceramide kinase with a functionally and evolutionarily conserved Cys-rich motif that plays an important role in modulating cell fate in plants. The vital function of the conserved motif in both human and rice CERKs suggests that the biochemical mechanism of CERKs is similar in animals and plants. Furthermore, ceramides induce cell death with similar features in monocot and dicot plants.
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