近日，我校生命科學學院李發(fā)強教授和農(nóng)學院謝慶軍教授課題組聯(lián)合于 New Phytologist (影響因子10.323 ，生物學一區(qū)) 在線發(fā)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），首次報道了一套基于植物細胞自噬的蛋白降解系統(tǒng),，證明了靶向自噬的降解技術(shù)在植物研究中的可行性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
細胞自噬是真核生物中一種保守的代謝機制，通過溶酶體或液泡來降解細胞質(zhì)中的多余蛋白質(zhì)或受損細胞器,，以循環(huán)利用物質(zhì),，從而維持細胞穩(wěn)態(tài),。細胞自噬在植物生長發(fā)育過程和應(yīng)對脅迫等方面發(fā)揮著重要的作用,，但是目前主要是通過自噬途徑關(guān)鍵基因的過表達以提高植物的抗逆性和產(chǎn)量,，而基于自噬的靶向降解技術(shù)在植物中的研究還處于起步階段。
圖1. 基于自噬-液泡途徑的靶向降解策略示意圖
基于 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(shù)是一類利用真核細胞內(nèi)天然存在的降解機制對有害物質(zhì)進行特異降解、以維持和改善細胞穩(wěn)態(tài)的重要技術(shù),?；谶x擇性自噬機制,，李發(fā)強教授和謝慶軍教授課題組設(shè)計了一套植物蛋白降解系統(tǒng)。該系統(tǒng)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(jié)合的短肽或結(jié)構(gòu)域，以及用于示蹤的熒光蛋白,。該系統(tǒng)通過靶蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域和AIM分別與靶蛋白和ATG8結(jié)合,，招募自噬體將靶蛋白轉(zhuǎn)運至液泡中降解。該研究通過更換不同的靶蛋白結(jié)合短肽或結(jié)構(gòu)域?qū)@套系統(tǒng)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(gòu)建了介導(dǎo)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(jié)果顯示,， AIM-GBP- mCherry 能介導(dǎo)多種GFP標記的蛋白和細胞器轉(zhuǎn)運至液泡,， 包括定位于細胞核的bZIP 轉(zhuǎn)錄因子TGA5、錨定于質(zhì)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(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑核心調(diào)控激酶 BIN2 (Brassinosteroid-insensitive 2) 特異互作的短肽為Binder,，構(gòu)建了自噬銜接蛋白AIM-BZR1C82-mCherry ，并在擬南芥中穩(wěn)定表達,，發(fā)現(xiàn)該銜接蛋白能選擇性自噬降解內(nèi)源的BIN2(圖2),。以上研究結(jié)果證明了這套基于植物細胞自噬的蛋白降解系統(tǒng)的特異性、廣泛的應(yīng)用范圍和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
該研究成果也于李發(fā)強教授課題組今年11月發(fā)表在《華南農(nóng)業(yè)大學學報》的綜述《基于細胞自噬的靶向降解技術(shù)及在植物研究中的應(yīng)用前景》中提及(《華南農(nóng)業(yè)大學學報》,，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(nèi)源的 BIN2
該研究論文第一署名單位為華南農(nóng)業(yè)大學,，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(fā)強教授和和農(nóng)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，華南師范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(shù)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(nóng)業(yè)科技創(chuàng)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
