Phosphoinositides modulate auxin-dependent transcription by controlling the histone acetyltransferase GCN5 in Arabidopsis

Abstract

Phosphoinositide (PIs) kommen in eukaryotischen Membranen vor. In Pflanzen sind PIs Regulatoren des zytoplasmatischen Membranverkehrs und des Zytoskeletts. Die Arabidopsis PI-Kinase PIP5K2 lokalisiert im Zellkern und an der Plasmamembran. Bei veränderter Expression von PIP5K2 wurden in Arabidopsis reduzierte oder erhöhte Histon-Acetylierung detektiert. Interaktionstests zwischen PIP5K2 und Histon-modifizierenden Enzymen zeigten eine Interaktion mit der Histon-Acetyltransferase GCN5. Überexpression von PIP5K2 in Protoplasten schwächte die Auxin-vermittelte Aktivierung GCN5-abhängiger Gene ab, was mit verminderter H3-Acetylierung konsistent ist. In vitro hemmten PIs die H3-Acetylierung durch GCN5, was auf einen direkten Einfluss von PIs auf GCN5 hinweist. Eine PI-Bindung von GCN5, speziell an PtdIns3P, die für die nukleäre Lokalisierung von GCN5 erforderlich schien, konnte bestätigt werden. Die Daten weisen darauf hin, dass GCN5 durch PtdIns3P an aktive Transkriptionsstellen rekrutiert werden könnte. PIP5K2 entfernt möglicherweise PtdIns-monophosphate aus dieser Interaktion und beeinflusst so die Transkription.

Phosphoinositides (PIs) occur in eukaryotic membranes. In plants, PIs are regulators of cytoplasmic membrane trafficking and cytoskeleton. The Arabidopsis PI-kinase PIP5K2 localizes in the nucleus and at the plasma membrane. Upon changed expression of PIP5K2, reduced or increased degrees of histone acetylation were detected in Arabidopsis. Interaction assays between PIP5K2 and histone-modifying enzymes revealed an interaction with the histone acetyltransferase GCN5. Overexpression of PIP5K2 in protoplasts attenuated auxin-mediated activation of GCN5-dependent genes, consistent with decreased H3 acetylation. In vitro, PIs inhibited H3 acetylation by GCN5, indicating a direct effect of PIs on GCN5. PI binding of GCN5, especially to PtdIns3P, that was required for nuclear localization of GCN5, could be confirmed. The data suggest that GCN5 may be recruited by PtdIns3P to active transcription sites. PIP5K2 may remove PtdIns-monophosphates from this interaction and thus affects transcription.