李發強/謝慶軍課題組聯合開發基於植物細胞自噬的蛋白降解係統

審核發布:宣傳部 曾子焉 來源單位及審核人:生命科學學院 王海洪 發布時間:2022-11-15瀏覽次數:10

  近日,我校生命科學學院李發強教授和農學院謝慶軍教授課題組聯合於 New Phytologist (影響因子10.323 ,生物學一區) 在線發表了題為Engineered AIM-based selective autophagy to degradeproteins and organelles in planta的研究論文(論文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18557),首次報道了一套基於植物細胞自噬的蛋白降解係統,證明了靶向自噬的降解技術在植物研究中的可行性和發展潛力。

  細胞自噬是真核生物中一種保守的代謝機製,通過溶酶體或液泡來降解細胞質中的多餘蛋白質或受損細胞器,以循環利用物質,從而維持細胞穩態。細胞自噬在植物生長發育過程和應對脅迫等方麵發揮著重要的作用,但是目前主要是通過自噬途徑關鍵基因的過表達以提高植物的抗逆性和產量,而基於自噬的靶向降解技術在植物中的研究還處於起步階段。


圖1. 基於自噬-液泡途徑的靶向降解策略示意圖

  基於 ATG8 互作基序(AIM)的降解劑可以通過與靶標底物(POI)和ATG8相互作用,將底物連接到自噬體再進入液泡降解。

  靶向降解技術是一類利用真核細胞內天然存在的降解機製對有害物質進行特異降解、以維持和改善細胞穩態的重要技術。基於選擇性自噬機製,李發強教授和謝慶軍教授課題組設計了一套植物蛋白降解係統。該係統由3部分組成(圖1):來自擬南芥(Arabidopsis thaliana)的自噬銜接蛋白NBR1(Next to BRCA1 gene 1) 的AIM 基序,與靶蛋白特異結合的短肽或結構域,以及用於示蹤的熒光蛋白。該係統通過靶蛋白結合結構域和AIM分別與靶蛋白和ATG8結合,招募自噬體將靶蛋白轉運至液泡中降解。該研究通過更換不同的靶蛋白結合短肽或結構域對這套係統進行了測試。首先利用對綠色熒光蛋白 (Green fluorescent protein, GFP) 具高度親和力的納米抗體 GBP (GFP-binding protein) 為 Binder,構建了介導GFP融合蛋白降解的自噬銜接蛋白 AIM-GBP-mCherry。在煙草中瞬時共表達的結果顯示, AIM-GBP- mCherry 能介導多種GFP標記的蛋白和細胞器轉運至液泡, 包括定位於細胞核的bZIP 轉錄因子TGA5、錨定於質膜的油菜素甾體受體BRI1(Brassinosteroid- insensitive 1)以及過氧化物酶體。該研究進一步利用能與油菜素內酯信號轉導途徑核心調控激酶 BIN2 (Brassinosteroid-insensitive 2) 特異互作的短肽為Binder,構建了自噬銜接蛋白AIM-BZR1C82-mCherry ,並在擬南芥中穩定表達,發現該銜接蛋白能選擇性自噬降解內源的BIN2(圖2)。以上研究結果證明了這套基於植物細胞自噬的蛋白降解係統的特異性、廣泛的應用範圍和發展潛力。

  該研究成果也於李發強教授課題組今年11月發表在《亚博ag正规 學報》的綜述《基於細胞自噬的靶向降解技術及在植物研究中的應用前景》中提及(《亚博ag正规 學報》,2022,43 (6):97-106)。

圖 2. 自噬銜接蛋白 AIM-BZR1C82-mCherry 能選擇性自噬降解內源的 BIN2

  該研究論文第一署名單位為亚博ag正规 ,我校生命科學學院羅娜助理研究員為第一作者,生命科學學院李發強教授和和農學院謝慶軍教授為該論文的共同通訊作者;我校黃曉副教授、陶利珍教授、劉林川教授,華南師範大學高彩吉教授及未米生物的錢揚文博士作為共同作者,為該研究的實施提供了必要的技術支持。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、“十四五”廣東省農業科技創新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目、廣東省重點項目和珠江青年頂尖科學人才計劃的支持。

文圖/生命科學學院 黃曉

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