清華北大合作發(fā)表多篇文章解析CLE家族小肽

佚名 2024-06-04 08:10:54

2016年09月05日訊 CLE小肽家族是植物多肽激素中最大的一個(gè)家族

，包含32個(gè)成員

，目前已經(jīng)報(bào)導(dǎo)的CLE小肽的功能多與干細(xì)胞相關(guān)

，其中非常重要的一個(gè)小肽就是導(dǎo)管分子分化抑制因子TDIF/CLE44/CLE41，其受體為富亮氨酸重復(fù)類受體激酶PXY

，TDIF-PXY信號(hào)通路控制著植物維管束中形成層細(xì)胞的復(fù)制。

雖然人們對(duì)于TDIF-PXY信號(hào)通路的生物學(xué)功能已經(jīng)有了一定的了解，但是有一些關(guān)鍵的科學(xué)問題一直沒有得到解決

，即TDIF小肽和受體PXY之間是如何識(shí)別的？PXY受體又是如何被TDIF小肽激活的

？研究TDIF-PXY的識(shí)別以及激活的分子機(jī)理對(duì)于我們進(jìn)一步理解整個(gè)CLE家族的小肽與他們的受體之間的識(shí)別和激活都具有指導(dǎo)意義

。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院瞿禮嘉課題組與清華大學(xué)柴繼杰課題組合作，首先解析了TDIF及其受體PXY/TDR復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

。與之前報(bào)道的線性肽采取的完全伸展的構(gòu)象不一樣的是

，TDIF結(jié)合受體時(shí)處于一種“Ω”構(gòu)象。保守的PxGPNP基序在這個(gè)“Ω”構(gòu)象中起到關(guān)鍵作用

。他們通過對(duì)受體PXY參與識(shí)別的氨基酸在整個(gè)CLE家族受體中進(jìn)行序列比對(duì)

，發(fā)現(xiàn)了一些在整個(gè)CLE家族受體中都非常保守的氨基酸和基序。然后他們通過體外生化實(shí)驗(yàn)

、轉(zhuǎn)基因植物遺傳互補(bǔ)以及結(jié)構(gòu)模擬等實(shí)驗(yàn)

，證明這些保守的氨基酸和基序確實(shí)是對(duì)于識(shí)別配體及激活信號(hào)通路至關(guān)重要。據(jù)此

，他們提出了一種CLE家族受體共有的

、保守的識(shí)別模式，這一識(shí)別模式對(duì)于尋找新的CLE家族小肽的受體提供了結(jié)構(gòu)生物學(xué)基礎(chǔ)和新的研究思路

。

解決了識(shí)別機(jī)理之后

，兩個(gè)課題組又進(jìn)一步探究“PXY受體是如何被TDIF小肽激活的”這一科學(xué)問題。他們合作鑒定出了TDIF-PXY信號(hào)通路的新成員SERK蛋白

。SERK蛋白也是富亮氨酸重復(fù)類受體激酶

，SERK家族在擬南芥中有5個(gè)成員。他們通過一系列體外以及體內(nèi)相互作用實(shí)驗(yàn)證明

，TDIF小肽可以誘導(dǎo)受體PXY與SERK家族蛋白相互作用

，這說明SERK蛋白可能充當(dāng)?shù)氖荘XY受體的共受體角色。進(jìn)一步的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)證明

，擬南芥serk1-1 serk2-1 bak1-5三突變體的維管束發(fā)育表型與pxy-5突變體的表型很類似

，而且serk1-1 serk2-1 bak1-5對(duì)于外源施加的TDIF小肽敏感性降低，這說明SERK家族蛋白對(duì)于PXY-TDIF信號(hào)途徑介導(dǎo)的維管束發(fā)育是必需的

。隨后

，他們又解析了PXY-TDIF-SERK2的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)表明

，TDIF小肽充當(dāng)“分子膠水”（molecular glue）的功能

，介導(dǎo)受體PXY與共受體SERKs之間的相互作用，從而激活信號(hào)途徑調(diào)控?cái)M南芥的維管束發(fā)育。至此

，擬南芥中調(diào)控維管束發(fā)育的重要信號(hào)通路--PXY-TDIF-SERKs信號(hào)通路--的識(shí)別和激活機(jī)理就基本上得到了闡明

。

前一項(xiàng)合作研究結(jié)果于2016年5月以“Crystal structure of PXY-TDIF complex reveals a conserved recognition mechanism among CLE peptide-receptor pairs”為題在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞研究》（Cell Research）上，而后一項(xiàng)合作研究結(jié)果于2016年7月以“SERK family receptor-like kinases function as a co-receptor with PXY for plant vascular development”為題

，在線發(fā)表在Cell旗下期刊《分子植物》（Molecular Plant）上

。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張賀橋博士和北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生林曉雅是這兩篇文章的共同第一作者，北京大學(xué)瞿禮嘉教授和清華大學(xué)柴繼杰教授是這兩篇文章的共同通訊作者

。該研究得到了國家自然科學(xué)基金

、生物膜與膜生物工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助

。

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