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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.17.2019.tde-06062017-171202
Document
Author
Full name
Greice Lubini
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2016
Supervisor
Committee
Goldman, Maria Helena de Souza (President)
Dornelas, Marcelo Carnier
Pereira, Tiago Campos
Martin, Juca Abramo Barrera San
Souza, Silvana Aparecida Creste Dias de
Title in Portuguese
NtCDKG;2, uma proteína multifuncional, relacionada aos processos de transcrição, processamento de RNA e organização do fuso acromático no ciclo celular de Nicotiana tabacum
Keywords in Portuguese
BiFC
CDK
ciclo celular
fuso acromático
localização subcelular
SCI1
Y2H
Abstract in Portuguese
Os estudos em reprodução e desenvolvimento das plantas, especialmente voltados ao pistilo, são de grande interesse agronômico, econômico e científico. Em nosso laboratório, recentemente, foi identificado e caracterizado SCI1 (Stigma/style Cell-cycle Inhibitor 1), um inibidor do ciclo celular que atua de forma tecido específica no pistilo de Nicotiana tabacum L. e Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (DEPAOLI et al., 2011; DEPAOLI; DORNELAS; GOLDMAN, 2014). Foi identificada a proteína NtCDKG;2 (N. tabacum Cyclin-dependent Kinase 2) como parceira de interação de NtSCI1 (N . tabacum SCI1), em um ensaio de pull-down (STRINI, 2014). A literatura aponta que os inibidores de ciclo celular regulam o ciclo através da inibição de CDK, o que sugere que NtSCI1 possa regular o ciclo celular através da inibição de NtCDKG;2. O presente estudo mostra análises detalhadas da localização de GFP-NtCDKG;2 em células epiteliais de N. benthamiana. Verificou-se que a proteína NtCDKG;2 está presente no nucleoplasma e também co-localiza em speckles nucleares. Em cultura de células BY2 expressando GFP-NtCDKG;2 de forma estável, foi observado que, durante a metáfase e anáfase, a proteína NtCDKG;2 está junto ao fuso acromático. Adicionalmente, ensaios de BiFC (Bi-molecular Fluorescence Complementation) realizados neste trabalho mostram que a interação entre as proteínas NtCDKG;2 e NtSCI1 ocorre em uma região localizada na periferia nucleolar, durante a interfase. Também foram identificadas possíveis isoformas de NtCDKG;2. A possibilidade da ocorrência de isoformas sugere que, de maneira análoga à sua homóloga em humanos, as isoformas resultantes de NtCDKG;2 possam atuar em diferentes processos. Em busca de parceiros de interação de NtCDKG;2, para identificar em que vias esta proteína atua, foi realizado um screening de uma biblioteca de cDNAs de estigmas e estiletes de N. tabacum, no sistema de duplo-híbrido em leveduras (Y2H). Através desse ensaio, foram identificados diversos parceiros envolvidos com transcrição e processamento de RNA. Dentre as proteínas identificadas, cuja interação foi confirmada neste trabalho, destaca-se a proteína NtCDKF;1, uma proteína que fosforila o CTD da RNA Polimerase II e, dessa forma, auxilia a transcrição e o splicing cotranscricional (HAJHEIDARI et al., 2012). O presente trabalho mostra também a interação entre NtCDKG;2 e a proteína NtCBP1, uma proteína que possui um papel importante na regulação inicial da transcrição de proteínas mediadoras do crescimento do tubo polínico (LI et al., 2015). xx Adicionalmente, o screening de Y2H possibilitou a identificação da interação entre NtCDKG;2 e NtRanBP1, uma proteína chave na formação do fuso acromático que, em humanos, interage com uma isoforma homóloga a NtCDKG;2, a CDK11p46 (MIKOLAJCZYK et al., 2003; YOKOYAMA et al., 2008; ZHANG; DAWE, 2011). Análises in silico realizadas com a sequência de aminoácidos de NtCDKG;2 apontaram motivos de interação com proteína do tipo F-Box, ciclina, CDK, fosfatase, 14-3-3, BRCA1 e indicaram o local provável de interação do complexo CDK-Ciclina com o respectivo inibidor. Foi testada e comprovada a interação entre NtCDKG;2 e a 14-3-3D, por Y2H, uma parceira de NtSCI1. Outra lacuna que precisava ser preenchida é referente à regulação da expressão de NtSCI1. Com este intuito, foram realizadas análises in silico para identificar elementos cis-regulatórios na sequência genômica de NtSCI1. Essas análises indicaram a presença de importantes elementos cis-regulatórios relacionados à identidade meristemática (como WUSCHEL e AINTEGUMENTA), identidade do carpelo (AGAMOUS, BELL) e progressão do ciclo celular (E2F e CDC5). Algumas considerações podem ser feitas associando os resultados obtidos a estudos feitos paralelamente em nosso laboratório: 1) Compilando a localização de NtCDKG;2 em splicing speckles e sua interação com os diferentes parceiros de interação relacionados à transcrição e splicing, sugere-se que NtCDKG;2 também atue nos processos transcricionais e de splicing. 2) Considerando a localização subcelular de NtCDKG;2 durante as diferentes fases do ciclo celular, às análises in silico dessa proteína que identificaram sua possível interação com BRCA1, além da interação confirmada com a proteína NtRanBP1, é possível sugerir que NtCDKG;2 atue, direta ou indiretamente, na organização do fuso acromático de plantas. 3) Propõem-se que NtSCI1 regule a proliferação celular no pistilo através da interação com NtCDKG;2 que se dá no nucléolo das células. Dessa forma, NtSCI1 prenderia NtCDKG;2 no nucléolo e inibiria sua atuação, como na organização do fuso acromático, o que acarretaria inibição da divisão celular. 4) Devido aos motivos cis-regulatórios encontrados na sequência genômica de NtSCI1 e o efeito que a proteína possui desde as fases iniciais do desenvolvimento do pistilo, sugere-se que a expressão desse gene seja regulada por elementos diretamente envolvidos no controle do término do meristema floral e nas vias de desenvolvimento de órgãos florais.
Title in English
NtCDKG;2, a multifunctional protein, related to RNA transcription, RNA processing and achromatic spindle organization in Nicotiana tabacum cell cycle
Keywords in English
achromatic spindle
BiFC
CDK
cell cycle
SCI1
subcellular localization
Y2H
Abstract in English
Studies on plant reproduction and development, specifically those related to the pistil, are of great agronomic, economic and scientific interest. In our laboratory, we recently identified and characterized SCI1 (Stigma/style Cell-cycle Inhibitor 1), an inhibitor of the cell cycle which acts tissuespecifically in the pistil of Nicotiana tabacum L. and Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (DEPAOLI et al., 2011; DEPAOLI; DORNELAS; GOLDMAN, 2014). The NtCDKG;2 (N. tabacum Cyclin-dependent Kinase G; 2) protein was identified as an interaction partner of NtSCI1 (N. tabacum SCI1) in a pulldown assay (STRINI, 2014). The literature suggests that cell cycle inhibitors control the cycle through the inhibition of CDKs, indicating that NtSCI1 might control cell cycle by inhibiting NtCDKG;2. This study shows detailed analysis of GFP-NtCDKG;2 localization in leaf cells of N. benthamiana. The analysis shows that NtCDKG;2 is present in the nucleoplasm and also co-localizes with nuclear speckles. In BY2 cell culture stably expressing GFP-NtCDKG;2, it was observed that NtCDKG;2 is at the achromatic spindle during metaphase and anaphase. Additionally, BiFC (Bimolecular Fluorescence Complementation) assays performed in this study have shown that the interaction of NtCDKG;2 and NtSCI1 occurs in the nucleolar periphery during interphase. Putative isoforms of NtCDKG;2 were also identified. The possible occurrence of these isoforms suggests that, in a similar way to its human homologue, NtCDKG;2 putative isoforms could act in different processes. To identify in which processes this protein could act, a search for NtCDKG;2 interaction partners was performed through the screening of a N. tabacum stigma and style cDNA library in the yeast two-hybrid (Y2H) system. Several partners identified through this assay have roles in RNA transcription and processing. Among the identified partners with interaction confirmed during this work, stands out the NtCDKF;1 protein, a CDK that phosphorylates the RNA polymerase II CTD, and thus, supports transcription and co-transcriptional splicing (HAJHEIDARI et al., 2012). This study also shows the interaction of NtCDKG;2 with NtCBP1, a protein which has an important role in the transcriptional regulation of genes encoding proteins mediating pollen tube growth (LI et al., 2015). Furthermore, the Y2H screening allowed the identification of the interaction of NtCDKG;2 with NtRanBP1, a key protein in the formation of the achromatic spindle which, in humans, interacts with the CDK11p46 isoform (MIKOLAJCZYK xxii et al., 2003; YOKOYAMA et al., 2008; ZHANG; DAWE, 2011), a homologue of NtCDKG;2. In silico analysis of the amino acid sequence of NtCDKG;2 revealed motifs of predicted interaction with F-box proteins, cyclins, CDKs, phosphatases, 14-3-3s, BRCA1, and also pointed the region where the CDK-cyclin complex might interact with its respective inhibitor. The interaction of NtCDKG;2 with 14-3-3D, a known partner of NtSCI1, was tested and confirmed by Y2H. Another gap that needed to be filled is related to the regulation of NtSCI1 expression. To address this issue, in silico analysis to identify cis-regulatory elements was performed in NtSCI1 genomic region. These analyses revealed the presence of important cis-regulatory elements related to meristem identity (such as WUSCHEL and AINTEGUMENTA), carpel identity (AGAMOUS, BELL), and cell cycle progression (E2F and CDC5). Taken together results from this study and parallel studies performed in our laboratory, a few remarks can be made: 1) Taken the localization of NtCDKG;2 in splicing speckles, and its interaction with different proteins involved in transcription and splicing, it is suggested that NtCDKG;2 also has roles on these processes; 2) Considering the subcellular localization of NtCDKG;2 during the different cell cycle phases, the in silico analysis of this protein that predicts its interaction with BRCA1, and the confirmed interaction with NtRanBP1 protein, it is possible to suggest that NtCDKG;2 has a direct or indirect role in the organization of the achromatic spindle in plants; 3) It is proposed that NtSCI1 regulates cell proliferation in the pistil through its interaction with NtCDKG;2, which occurs in the nucleolus. Thus, NtSCI1 could hold NtCDKG;2 in the nucleolus, inhibiting its actions, such as in the organization of the achromatic spindle, resulting in cell division arrest. 4) Due to the cis-regulatory elements found in the genomic sequence of NtSCI1, and the effect of this protein since the initial stages of pistil development, it is suggested that its expression is regulated by elements directly involved in the control of the floral meristem termination and pathways of floral organ development.
 
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Publishing Date
2019-02-11
 
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