华南农业大学李发强教授和谢庆军教授课题组 联合开发了一套基于植物细胞自噬的蛋白降解系统

发布者:生命科学学院发布时间:2022-11-15浏览次数:11

2022 10 20 日,华南农业大学生命科学学院李发强教授和农学院谢庆军授课题组联合于 New Phytologist(IF=10.323 ,生物学一区) 在线发表了题为Engineered AIM-based selective autophagy to degrade proteins and organelles in planta的研究论,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 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植物中的研究还处于起步阶段


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) 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 (1):来自拟南芥 (Arabidopsisthaliana)  的自噬衔接蛋白 NBR1 (NexttoBRCA1 gene 1)  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 纳米抗体 GBP (GFP-binding protein) Binder,构建了介导 GFP 融合蛋白降解的自噬衔接蛋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-insensitive1)  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降解内源的 BIN2(2)。以上研究结果证明了这套基于植物细胞自噬的蛋白解系统的特异性、 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  发表在《华南农业大学学报》 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 (农业大学学报》,2022 43  (6)97- 106)


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



究论文第一署名单位为华南农业大学,华南农业大学生命科学学院助理究员为第一作者;华南农业大学生命科学学院李发强教授和和农学院庆军教授为该论文的共同通讯作者;华南农业大学黄晓副教授、 陶利珍教授、 林川教授, 华南师范大学高彩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。

文链接:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.18557



撰稿人:黄晓