Insights into auxin co-receptor formation and SCFTIR1-driven AUX/IAA ubiquitylation : kumulative Dissertation

Abstract

SCFTIR1/AFB1-5 Cullin RING E3 Ubiquitinligasen und deren Zielproteine, die AUX/IAAs nehmen das Phytohormon Auxin wahr. Das F-box Protein TIR1 bindet ein exponiertes Degron in den AUX/IAAs und fördert deren Ubiquitylierung und schnellen auxin-regulierten proteasomalen Abbau. Wir deckten mittels biochemischer Methoden, Struktur-auflösender Proteomics und in vivo Experimenten auf, wie verschiedene TIR1-AUX/IAA Ko-Rezeptorpaare die AUX/IAA Ubiquitylierung in Abhängigkeit von ihrer Auxinmessfähigkeit vorantreiben. Diversifizierte intrinsisch ungeordnete Bereiche in den AUX/IAAs positionieren diese auf TIR1, was die Zugänglichkeit von AUX/IAA Degrons ermöglicht. Die aufgeklärten TIR1-IAA7 und TIR1-IAA12 Komplexstrukturen ermöglichten die Identifikation von Aminosäuren in zwei gegenüberliegenden Bereichen in TIR1, welche für die Auxinantwort in Pflanzen essentiell sind. Außerdem zeigen wir, dass ALF4 als negativer Regulator von SCF-E3-Ligasen fungiert, ähnlich wie GLMN in Säugetieren. ALF4 schützt SCF Komponenten vor Selbstubiquitylierung, indem es um die E2 Interaktionsstelle konkuriert.

Cullin RING-type E3 ubiquitin ligases SCFTIR1/AFB1-5 and their AUX/IAA targets perceive the phytohormone auxin. The F-box protein TIR1 binds a surface-exposed degron in AUX/IAAs promoting their ubiquitylation and rapid auxin-regulated proteasomal degradation. Here, by adopting biochemical, structural proteomics and in vivo approaches, we unveil how different TIR1-AUX/IAA co-receptor pairs drive the reconstituted AUX/IAA ubiquitylation based on their auxin sensing capabilities. Diversified intrinsically disordered regions (IDRs) in AUX/IAAs position them on TIR1 allowing surface accessibility of AUX/IAA degrons. The resolved TIR1-IAA7 and TIR1-IAA12 complexes allow the identification of TIR1 residues on two opposite surfaces, essential during auxin responses in plants. Further, we show, that ALF4 acts as a negative regulator of SCF-type E3 ligases similar to the mammalian GLMN. By competing for the E2 interaction site ALF4 likely protects SCF components from self-ubiquitylation.