Nucleoside diphosphate kinase (NDPK) is involved in multiple signaling pathways in mammalian systems, including G-protein signaling. Arabidopsis NDPK2, like its mammalian counterparts, is multifunctional despite its initial discovery phytochrome-interacting protein. This similarity raises the possibility that NDPK2 may play a role in G-protein signaling in plants. In the present study, we explore the potential relationship between NDPK2 and the small G proteins, Pra2 and Pra3, as well as the heterotrimeric G protein, GPA1. We report a physical interaction between NDPK2 and these small G proteins, and demonstrate that NDPK2 can stimulate their GTPase activities. Our results suggest that NDPK2 acts as a GTPase-activating protein for small G proteins in plants. We propose that NDPK2 might be a missing link between the phytochrome-mediated light signaling and G protein-mediated signaling.
Oxidative modification of nucleoside diphosphate kinase (NDPK) is identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometer. The quaternary structure of NDPK appears to be regulated by cross-linking with an oxidant, $H_2O_2$. We compared roles of NDPK in each of wild type and ynk mutant against oxidative stress. Six specific proteins changed by $H_2O_2$ were identified using two-dimensional electrophoretic analysis. YNK regulated several proteins, related to $H_2O_2$ signaling functions. These results suggest that one of the important functions of NDPK is the regulation of cellular redox state.
Proceedings of the Korean Society of Life Science Conference
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2005.04a
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pp.23-36
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2005
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, induces cell death when expressed In yeast. To investigate whether .Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various orgarusms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs In detail. PBIl is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorhodamine123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Bax-induced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower lovels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. H$_{2O2}$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of H2O2 treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased In the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MBP phosphorylation activity of AtMPK3 i'n vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation In situ. Thus, AtNDPK2 appears to play a novel regulatory role in H2O2-mediated MAPK signaling in plants.
Kim Ki-Yong;Jang Yo-Soon;Choi Gi-Jun;Sung Byung-Ryeol;Kim Won-Ho;Seo Sung;Lee Byung-Hyun;Kwak Sang-Soo
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.26
no.2
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pp.83-90
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2006
To develop transgenic birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) plants tolerant to environmental stress, Arabidopsis NDPK gene (AtNDPK) was introduced into birdsfoot trefoil plants using Agrobacterium-mediated transformation and expressed powerfully under the control of the E35S promoter. The expression vector, pEN-K was used for introduction of AtNDPK gene into birdsfoot trefoil plaits. The transformed calli were selected on kanamycin containing medium and then regenerated. The transformed birdsfoot trefoil plants were cultivated for 4 months on BOi2Y medium. Genomic DNA PCR and Southern blot analysis confirmed the incorporation of AtNDPK into the birdsfoot trefoil genome.
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family induces cell death when expressed in yeast. To investigate whether Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various organisms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs in detail. PBI1 is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorhodamine123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Baxinduced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower levels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. $H_2O_2$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of $H_2O_2$ treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased in the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MSP phosphorylation activity of AtMPK3 in vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation in situ. Thus, AtNDPK2 appears to playa novel regulatory role in $H_2O_2$-mediated MAPK signaling in plants.
Proceedings of the Korean Society of Plant Biotechnology Conference
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2003.04a
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pp.65-71
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2003
Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, induces cell death when expressed in yeast. To investigate whether Bax expression can induce cell death in plant, we produced transgenic Arabidopsis plants that contained murine Bax cDNA under control of a glucocorticoid-inducible promoter. Transgenic plants treated with dexamethasone, a strong synthetic glucocorticoid, induced Bax accumulation and cell death, suggesting that some elements of cell death mechanism by Bax may be conserved among various organisms. Therefore, we developed novel yeast genetic system, and cloned several Plant Bax Inhibitors (PBIs). Here, we report the function of two PBIs in detail. PBI1 is ascorbate peroxidase (sAPX). Fluorescence method of dihydrorho-damine 123 oxidation revealed that expression of Bax in yeast cells generated reactive oxygen species (ROS), and which was greatly reduced by co-expression with sAPX. These results suggest that sAPX inhibits the generation of ROS by Bax, which in turn suppresses Baxinduced cell death in yeast. PBI2 encodes nucleoside diphosphate kinase (NDPK). ROS stress strongly induces the expression of the NDPK2 gene in Arabidopsis thaliana (AtNDPK2). Transgenic plants overexpressing AtNDPK2 have lower levels of ROS than wildtype plants. Mutants lacking AtNDPK2 had higher levels of ROS than wildtype. $H_2O_2$ treatment induced the phosphorylation of two endogenous proteins whose molecular weights suggested they are AtMPK3 and AtMPK6. In the absence of $H_2O_2$ treatment, phosphorylation of these proteins was slightly elevated in plants overexpressing AtNDPK2 but markedly decreased in the AtNDPK2 deletion mutant. Yeast two-hybrid and in vitro protein pull-down assays revealed that AtNDPK2 specifically interacts with AtMPK3 and AtMPK6. Furthermore, AtNDPK2 also enhances the MBP phosphorylation activity of AtMPK3 in vitro. Finally, constitutive overexpression of AtNDPK2 in Arabidopsis plants conferred an enhanced tolerance to multiple environmental stresses that elicit ROS accumulation in situ. Thus, AtNDPK2 appears to play a novel regulatory role in $H_2O_2$-mediated MAPK signaling in plants.
Kim, Sun-Young;Song, Eun-Joo;Chang, Keun-Hye;Kim, Eun-Hee;Chae, Suhn-Kee;Lee, Han-Soo;Lee, Kong-Joo
BMB Reports
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v.34
no.4
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pp.355-364
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2001
Major human Nucleoside diphosphate kinases (NDPKs) exist as hetero-oligomers, consisting of NDPK-A and NDPK-B, rather than homo-oligomer. To investigate their biological function depending on the oligomeric structure in vivo, we characterized the biochemical properties of cellular NDPK. Cellular NDPKs, which are made up of a unique combination of isoforms, were purified from human erythrocyte and placenta. We found that cellular NDPK and recombinant isoforms NDPKs have their own distinct biochemical properties in autophosphorylation, stability toward heat or urea, and DNA binding. Cellular NDPK was found to have unique characteristics rather than the expected additive properties of recombinant isoforms. The mutations in the dimeric interface of NDPK-B (R34G, N69H or K135L) caused defective DNA binding and simultaneously reduced the enzymatic stability These results suggest that the oligomeric interaction could play a major role in the stability of catalytic domain and might be related to the regulation of various cellular functions of NDPK.
Lee, Su Young;Cheon, Kyeong-Seong;Kim, So Young;Kwon, O Hyeon;Lee, Hye Jin;Kim, Won Hee;Yoo, Bong Sik
Horticultural Science & Technology
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v.34
no.1
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pp.154-162
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2016
The aim of this study was to develop a transgenic petunia with enhanced resistance to sulfur dioxide ($SO_2$) gas by stacking two genes, SOD2 and NDPK2, which are both known to confer resistance to abiotic stresses. The first-generation hybrids ($TF_1$) were obtained through reciprocal crosses between an SOD2-transgenic line SOD2-2-1-1-35($T_4$)[S($T_4$)] and an NDPK2-transgenic line NDPK2-7-1($T_2$)[N7-1($T_2$)]. Approximately 32.1-73.0% of the first-generation hybrids ($TF_1$) carried both SOD2 and NDPK2 genes. These hybrids showed 2.6 and 5.1 times less damage than hybrids carrying only SOD2 or NDPK2 genes, respectively, when they were treated with $SO_2$ gas at 30 ppm. This confirmed that the heterozygous hybrids were more resistant to $SO_2$ than the hybrids carrying either one of the resistance genes. Second-generation hybrids ($TF_2$) were obtained by selfing the $TF_1$ individuals. We confirmed the expression of the stacked genes in the $TF_2$ hybrids by phenotypic observation of their response to $SO_2$ gas at 30 ppm as well as using RT-qPCR and photosynthetic efficiency.
Kim Ki-Yong;Jang Yo-Soon;Kim Meing Jooung;Lim Keun Bal;Kim Won Ho;Seo Sung;Lee Sang Jin;Kwak Sang-Soo
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.25
no.4
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pp.281-286
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2005
To develop transgenic birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) plants tolerant to environmental stress, Arabidopsis NDPK gene (AtNDPK) was introduced into birdsfoot trefoil plants using Agrobacterium-mediated transformation and expressed powerfully under the control of the SWPA2 promoter. The expression vector, pCAMBIA2300 was used for introduction of AtNDPK gene into birdsfoot trefoil plants. The transformed calli were selected on kanamycin containing medium and then regenerated. The transformed birdsfoot trefoil plants were cultivated fur 4 months on BOi2Y medium. Genomic DNA PCR and Southern blot analysis confirmed the incorporation of AtNDPK into the birdsfoot trefoil genome.
Lee, Su Young;Lee, Jung Lim;Kim, Seung Tae;Lee, Eun Kyung;Kwon, O Hyeon;Kim, Won Hee
FLOWER RESEARCH JOURNAL
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v.19
no.4
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pp.269-273
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2011
This study was conducted to investigate the resistance to abiotic stress in the progeny obtained by a cross between NDPK2-transgenic line (NDPK2-7-1) and MnSOD (SOD2) transgenic line (SOD2-2-1-1-35) to develop transgenic petunia highly resistant to environmental stress. At the treatment of 100 and $200{\mu}M$ methyl viologene (MV), the progeny was significantly less damaged than its parental plants (SOD2- or NDPK2-transgenic lines) as well as non-transgenic plants, implying its resistance to oxidative stress enhanced than SOD2- or NDPK2-transgenic plants. In an expression of 11 quantitative traits, the progeny remained similar to control plants, although it infrequently displayed slightly longer or wider than non-transgenic control plants. In the color and shape of flowers, there was no significant difference between the progeny and its parents or non-transgenic control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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