李发强/谢庆军课题组联合开发基于植物细胞自噬的蛋白降解系统

审核发布:宣传部 曾子焉 来源单位及审核人:生命科学学院 王海洪 发布时间:2022-11-15浏览次数:10

  近日,我校生命科学学院李发强教授和农学院谢庆军教授课题组联合于 New Phytologist (影响因子10.323 ,生物学一区) 在线发表了题为Engineered AIM-based selective autophagy to degradeproteins and organelles in planta的研究论文(论文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18557),首次报道了一套基于植物细胞自噬的蛋白降解系统,证明了靶向自噬的降解技术在植物研究中的可行性和发展潜力。

  细胞自噬是真核生物中一种保守的代谢机制,通过溶酶体或液泡来降解细胞质中的多余蛋白质或受损细胞器,以循环利用物质,从而维持细胞稳态。细胞自噬在植物生长发育过程和应对胁迫等方面发挥着重要的作用,但是目前主要是通过自噬途径关键基因的过表达以提高植物的抗逆性和产量,而基于自噬的靶向降解技术在植物中的研究还处于起步阶段。


图1. 基于自噬-液泡途径的靶向降解策略示意图

  基于 ATG8 互作基序(AIM)的降解剂可以通过与靶标底物(POI)和ATG8相互作用,将底物连接到自噬体再进入液泡降解。

  靶向降解技术是一类利用真核细胞内天然存在的降解机制对有害物质进行特异降解、以维持和改善细胞稳态的重要技术。基于选择性自噬机制,李发强教授和谢庆军教授课题组设计了一套植物蛋白降解系统。该系统由3部分组成(图1):来自拟南芥(Arabidopsis thaliana)的自噬衔接蛋白NBR1(Next to BRCA1 gene 1) 的AIM 基序,与靶蛋白特异结合的短肽或结构域,以及用于示踪的荧光蛋白。该系统通过靶蛋白结合结构域和AIM分别与靶蛋白和ATG8结合,招募自噬体将靶蛋白转运至液泡中降解。该研究通过更换不同的靶蛋白结合短肽或结构域对这套系统进行了测试。首先利用对绿色荧光蛋白 (Green fluorescent protein, GFP) 具高度亲和力的纳米抗体 GBP (GFP-binding protein) 为 Binder,构建了介导GFP融合蛋白降解的自噬衔接蛋白 AIM-GBP-mCherry。在烟草中瞬时共表达的结果显示, AIM-GBP- mCherry 能介导多种GFP标记的蛋白和细胞器转运至液泡, 包括定位于细胞核的bZIP 转录因子TGA5、锚定于质膜的油菜素甾体受体BRI1(Brassinosteroid- insensitive 1)以及过氧化物酶体。该研究进一步利用能与油菜素内酯信号转导途径核心调控激酶 BIN2 (Brassinosteroid-insensitive 2) 特异互作的短肽为Binder,构建了自噬衔接蛋白AIM-BZR1C82-mCherry ,并在拟南芥中稳定表达,发现该衔接蛋白能选择性自噬降解内源的BIN2(图2)。以上研究结果证明了这套基于植物细胞自噬的蛋白降解系统的特异性、广泛的应用范围和发展潜力。

  该研究成果也于李发强教授课题组今年11月发表在《太阳集团在线娱乐品牌学报》的综述《基于细胞自噬的靶向降解技术及在植物研究中的应用前景》中提及(《太阳集团在线娱乐品牌学报》,2022,43 (6):97-106)。

图 2. 自噬衔接蛋白 AIM-BZR1C82-mCherry 能选择性自噬降解内源的 BIN2

  该研究论文第一署名单位为太阳集团在线娱乐品牌,我校生命科学学院罗娜助理研究员为第一作者,生命科学学院李发强教授和和农学院谢庆军教授为该论文的共同通讯作者;我校黄晓副教授、陶利珍教授、刘林川教授,华南师范大学高彩吉教授及未米生物的钱扬文博士作为共同作者,为该研究的实施提供了必要的技术支持。该研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金、“十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目、广东省重点项目和珠江青年顶尖科学人才计划的支持。

文图/生命科学学院 黄晓

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