近日,北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員王偉團隊,創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)植物蛋白酶體調(diào)控應(yīng)激顆粒蛋白穩(wěn)態(tài)抵御高溫的新機制。相關(guān)成果發(fā)表于《分子細胞》。
應(yīng)激顆粒是在細胞受到外界環(huán)境刺激的情況下,由RNA和蛋白通過液液相分離(LLPS)形成的無膜細胞器。王偉在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示,應(yīng)激顆粒的形成與解聚是一個高度動態(tài)變化的過程,其動態(tài)平衡通過對細胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯和RNA的調(diào)控來促進應(yīng)激后細胞功能的恢復(fù)。應(yīng)激顆粒穩(wěn)態(tài)異常或者形成不可逆的纖維狀結(jié)構(gòu),是導(dǎo)致哺乳動物中神經(jīng)退行性疾病發(fā)生的關(guān)鍵因素。然而,在植物細胞中,到目前為止沒有發(fā)現(xiàn)不可逆應(yīng)激顆粒的形成。這表明植物可能具備更有效的策略,來防止蛋白的聚集,從而維持應(yīng)激顆粒的可逆調(diào)控。
王偉團隊針對植物中應(yīng)激顆粒穩(wěn)態(tài)的特殊性展開研究,通過挑選具有較高流動性的應(yīng)激顆粒,結(jié)合蛋白組學(xué)及細胞生物學(xué)研究手段,發(fā)現(xiàn)蛋白酶體是應(yīng)激顆粒的穩(wěn)定成分。蛋白酶體通常是用于清除錯誤折疊、失活蛋白,維持細胞內(nèi)蛋白平衡的重要結(jié)構(gòu)。劇烈的高溫往往導(dǎo)致錯誤折疊或者變性失活蛋白的聚集體,這些聚集體可通過蛋白酶體被清除。然而,應(yīng)激顆粒與這些聚集體有著本質(zhì)區(qū)別:應(yīng)激顆粒具有較強流動性,其形成和解聚可以快速相互轉(zhuǎn)換,從而維持蛋白和RNA的平衡和功能。蛋白酶體是否在應(yīng)激顆粒中具有生化功能是動植物應(yīng)激顆粒穩(wěn)態(tài)研究領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。
隨后研究團隊對蛋白酶體進入應(yīng)激顆粒、組裝、酶活,以及對底物水解能力進行研究,揭示了蛋白酶體調(diào)控應(yīng)激顆粒穩(wěn)態(tài)的新機制和生物學(xué)意義:1)蛋白酶體可被招募進入應(yīng)激顆粒;2)蛋白酶體在應(yīng)激顆粒中具有較高酶活,維持應(yīng)激顆粒內(nèi)的蛋白平衡;3)應(yīng)激顆粒整體動態(tài)與其標志蛋白的分子流動性不具備必然的偶聯(lián)關(guān)系,澄清了在前人研究中使用應(yīng)激顆粒標志蛋白的分子動態(tài)性表征應(yīng)激顆粒整體動態(tài)性的誤區(qū);4)蛋白酶體主要通過促進植物高溫脅迫后應(yīng)激顆粒解聚提高植物的耐高溫能力。
該研究揭示了蛋白酶體在應(yīng)激顆粒中的新功能,為動植物應(yīng)激顆粒穩(wěn)態(tài)調(diào)控和細胞逆境脅迫響應(yīng)提供了全新的研究方向。
本研究得到蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京市科技新星計劃和海外交流引進博士后項目的資助。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.07.033