拟南芥蛋白质精氨酸甲基化修饰的功能解析

Protein arginine methylation is catalyzed by the Protein Arginine Methyltransferases (PRMTs). In the model plant Arabidopsis, we previously showed that AtPRMT5 and AtPRMT10 can respectively symmetrically and asymmetrically methylate arginine residues. Further study demonstrated that the involvement of AtPRMT5 in plant developmental processes is the integrative effects attributed to the accurate splicing of diverse genes. We also showed that AtPRMT10 and AtPRMT5 regulate flowereing time repressor FLC through non-overlapping pathways. However, the precise mechanism remains to be elusive. In this project, we will mainly focus on the biological function and molecular mechanism of AtPRMT5 and AtPRMT10. By using quantitative proteomics, transcriptome, biochemistry, genetics, molecular, and bioinformatics, we will identify the in vivo substrates and their associated protein complexes mediated by AtPRMT5 and AtPRMT10, dissect the molecular mechanism of AtPRMT5 in pre-mRNA splicing, analyze the possible reasons for the late flowering phenotype of atprmt5 and atprmt10 mutants, and finally elucidate the regulatory mechanism of arginine methylation in plant development.

蛋白质精氨酸甲基化由蛋白精氨酸甲基转移酶(PRMT)的蛋白家族催化完成，申请者前期研究发现拟南芥中AtPRMT5和AtPRMT10分别催化蛋白质对称性和非对称性双甲基化精氨酸，其中AtPRMT5通过调控植物mRNA前体的正确加工从而保证植物正常的生长发育过程；而AtPRMT10和AtPRMT5以非冗余的形式抑制FLC参与调控开花，但对它们具体调控的分子机制却知之甚少。本项目将围绕高等植物蛋白质精氨酸甲基转移酶的生物学功能及其分子调控机理这一关键科学问题，综合采用定量蛋白组学、转录组学、生物化学、遗传学、分子生物学和生物信息学等多学科研究手段，分别鉴定AtPRMT5和AtPRMT10的底物和甲基化底物蛋白复合体，探求AtPRMT5参与mRNA前体拼接的分子机制，分析造成atprmt5和atprmt10突变体晚花表型的可能原因，以期阐明蛋白质精氨酸甲基化修饰参与植物生长发育过程的分子调控机制。

蛋白质精氨酸甲基化是真核生物中广泛存在且进化上保守的蛋白质翻译后修饰之一，是由蛋白质精氨酸甲基转移酶(PRMT)催化产生的。我们前期研究发现拟南芥中AtPRMT5和AtPRMT10分别催化蛋白质对称性和非对称性双甲基化精氨酸，其中AtPRMT5通过调控植物mRNA前体的正确加工从而保证植物正常的生长发育过程；而AtPRMT10和AtPRMT5以非冗余的形式抑制FLC参与调控开花，但对它们具体调控的分子机制却知之甚少。在本项目的资助下，我们综合利用生物化学、遗传学、分子生物学、高通量组学和生物信息学等多学科研究手段，解析了AtPRMT5调控mRNA前体拼接的分子机理，阐明了AtPRMT10底物HLP1参与调控mRNA选择性多聚腺苷酸化过程和植物开花过程及其分子机理，首次鉴定了AtPRMT3作为新的因子参与rRNA前体加工过程。上述研究丰富了蛋白质精氨酸调控RNA代谢的调控网络，是精氨酸甲基化研究领域的重要进展。