S-nitrosylation of NADPH oxidase regulates cell death in plant immunity

Abstract

Changes in redox status are a conspicuous feature of immune responses in a variety of eukaryotes, but the associated signalling mechanisms are not well understood. In plants, attempted microbial infection triggers the rapid synthesis of nitric oxide and a parallel accumulation of reactive oxygen intermediates, the latter generated by NADPH oxidases related to those responsible for the pathogen-activated respiratory burst in phagocytes. Both nitric oxide and reactive oxygen intermediates have been implicated in controlling the hypersensitive response, a programmed execution of plant cells at sites of attempted infection. However, the molecular mechanisms that underpin their function and coordinate their synthesis are unknown. Here we show genetic evidence that increases in cysteine thiols modified using nitric oxide, termed S-nitrosothiols, facilitate the hypersensitive response in the absence of the cell death agonist salicylic acid and the synthesis of reactive oxygen intermediates. Surprisingly, when concentrations of S-nitrosothiols were high, nitric oxide function also governed a negative feedback loop limiting the hypersensitive response, mediated by S-nitrosylation of the NADPH oxidase, AtRBOHD, at Cys 890, abolishing its ability to synthesize reactive oxygen intermediates. Accordingly, mutation of Cys 890 compromised S-nitrosothiol-mediated control of AtRBOHD activity, perturbing the magnitude of cell death development. This cysteine is evolutionarily conserved and specifically S-nitrosylated in both human and fly NADPH oxidase, suggesting that this mechanism may govern immune responses in both plants and animals.

Reactive oxygen species and plant resistance to fungal pathogens

“…Resistant ecotypes showed a higher expression of AtRbohD and F as well as an earlier accumulation of NO and H 2 O 2 when compared to susceptible ecotypes during interaction with S. sclerotiorum (Perchepied et al, 2010). Adding another layer of complexity to the interplay between NO and ROS, AtRbohD function was shown to be negatively regulated by NO-dependent S-nitrosylation during hypersensitive response (Yun et al, 2011).…”

Defense induced by a bis-aryl methanone compound leads to resistance in potato against Phytophthora infestans

“…Reducing the endogenous NO level using cPTIO or plant mutants impaired in inducible NO production enhanced H 2 O 2 accumulation Tada et al 2004), suggesting that part of the O 2 -produced by NADPH oxidase is scavenged by NO. Yun et al (2011) found that NO abolished AtrbohD activity through S-nitrosylation.…”

Le monoxyde d’azote

“…À ce jour, une cinquantaine de protéines S-nitrosylées a ainsi été identifiée, dont une dizaine ont fait l'objet d'études fonctionnelles approfondies (Tableau I). Il ressort de ces études que la S-nitrosylation module l'activité de ces protéines en ciblant directement des résidus Cys de sites actifs [24][25][26][27][28], en promouvant la formation de ponts disulfures [29,30], et en bloquant la fixation de cofacteurs (FAD ou ATP) par encombrement stérique [31,32]. Les données acquises pour les protéines NPR1 (nonexpressor of pathogenesis-related gene 1) et RBOHD (respiratory burst oxidase homologue D) sont détaillées ci-dessous à titre d'exemple (Figure 2).…”

“…La plante modèle A. thaliana comporte 10 gènes codant pour des protéines RBOH, l'isoforme AtRBOHD constituant l'une des principales sources de formes actives de l'oxygène en réponse à une attaque pathogène [35]. Récemment, Yun et al [31] ont apporté des arguments en faveur d'un rôle du NO comme régulateur physiologique de l'activité d'AtRBOHD. Plus précisément, ces auteurs ont démontré qu'AtRBOHD est S-nitrosylée in vitro suite à l'exposition de la protéine au GSNO, mais également in vivo lors de l'infection de feuilles d'A.…”

“…Là encore, ces données renforcent le concept d'une action temporelle du NO dans la régulation des acteurs de signalisation cellulaire. D'une façon plus générale, l'observation que le résidu Cys homologue à Cys-890 chez les NADPH oxydases de l'homme et de la drosophile est S-nitrosylable in vitro suggère que cette modification post-traductionnelle pourrait également jouer un rôle dans le contrôle de la réponse immunitaire dans les règnes animaux et végétaux [31].…”