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    我国学者在植物自噬调控新机制方面取得重要进展

    日期 2017-04-11   来源:生命科学部   作者:薛岚 杜生明  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:31370298,31461143001,31670276)等资助下,中山大学生命科学学院肖仕教授课题组在植物自噬调控新机制的研究中取得重要进展。相关研究成果以“TRAF-Family Proteins Regulate Autophagy Dynamics by Modulating AUTOPHAGY PROTEIN6 Stability in Arabidopsis”(拟南芥TRAF家族蛋白通过调节自噬相关蛋白ATG6的稳定性调控自噬稳态)为题于2017年3月28日在线发表在The Plant Cell上。论文链接:http://www.plantcell.org/content/early/2017/03/28/tpc.17.00056.abstract。

      中山大学肖仕教授为论文的通讯作者,博士生齐华、夏凡女和特聘研究员谢丽娟为共同第一作者,香港中文大学姜里文教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员和华南农业大学李发强教授等为共同作者。

      细胞自噬是真核生物中保守的对细胞内成分进行降解并循环利用的重要过程。肖仕课题组之前的研究发现,通过调控植物细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)的平衡,植物自噬对于植物耐受水淹导致的低氧胁迫至关重要,相关结果于2015年12月发表在Autophagy上(doi:10.1080/15548627.2015.1112483)。然而,作为一种植物逆境应答过程中的关键保护机制,科学家至今对植物自噬发生本身的调控机理所知甚少。肖仕课题组利用拟南芥细胞系瞬间表达绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)融合标记和激光共聚焦显微镜技术,筛选得到两个含TRAF(Tumor necrosis factor Receptor-Associated Factor)结构域的蛋白TRAF1a和TRAF1b,在逆境条件下能显著地从细胞质转移到自噬小体上,其双突变体对包括低氧胁迫在内的多种逆境胁迫非常敏感,说明这两个蛋白可能参与了对自噬相关蛋白的翻译后修饰,从而影响自噬发生(见图1)。

      遗传学和生物化学证据表明,TRAF1a和TRAF1b作为分子适配器,分别与不同的RING E3蛋白连接酶SINAT1/SINAT2和SINAT6互作,从而在正常条件或逆境胁迫下,通过泛素化降解和竞争性稳定作用来动态调控自噬相关蛋白ATG6的蛋白水平,从而维持细胞内自噬发生的稳态,以及影响植物对生物和非生物逆境胁迫的耐受性(见图2)。

      该研究首次揭示了蛋白质泛素化修饰在植物自噬发生和动态调控中的重要作用,为深入研究植物自噬发生及其参与逆境响应的调控机制方面提供了新的思路,具有重要的科学意义。值得一提的是,The Plant Cell编辑把该论文选为重点推荐文章,并发表相应的评论(In Brief):“Family Chores: TRAF-Family Proteins Help Recycle Cellular Rubbish by Regulating Autophagy Dynamics”(家务活:TRAF家族蛋白通过调控自噬稳态帮助循环利用细胞垃圾)。评论链接:http://www.plantcell.org/content/early/2017/03/30/tpc.17.00251.full.pdf+html。

      图1. TRAF1a和TRAF1b调控植物自噬发生和逆境耐受性的功能分析。(A)饥饿逆境(DD)诱导TRAF1a/1b蛋白从细胞质向自噬体转移;(B)traf1a/b双突变体对营养缺陷逆境异常敏感;(C)traf1a/b双突变体中逆境诱导的自噬体积累显著减少;(D)TRAF1a蛋白与自噬相关蛋白ATG6在体内相互作用。

      图2. TRAF1蛋白调控植物自噬发生的工作模型。TRAF1a/b分别与不同的E3连接酶SINAT1/2和SINAT6互作,分别在介导正常条件下和逆境条件下ATG6蛋白的稳定性,从而调控自噬发生的稳态和植物逆境耐受性。




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