應(yīng)激顆粒調(diào)控?zé)崦{迫過程中自噬活性分子機(jī)制獲揭示

華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授高彩吉團(tuán)隊(duì)同合作者，研究揭示了在熱激條件下，自噬相關(guān)蛋白被招募到應(yīng)激顆粒中，而在熱激解除后，這些蛋白被重新釋放回細(xì)胞質(zhì)，促進(jìn)了由熱脅迫引起的不可溶性蛋白的降解。2024年12月30日，相關(guān)成果發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

應(yīng)激顆粒調(diào)控?zé)崦{迫過程中自噬活性的工作模型。研究團(tuán)隊(duì)供圖

在自然界中，熱脅迫是影響植物生長和發(fā)育的重要因素之一。熱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)積累大量不可溶性蛋白，嚴(yán)重威脅植物的正常生長。植物細(xì)胞自噬在此過程中扮演著清除不可溶性蛋白的關(guān)鍵角色，其功能的任何突變都可能導(dǎo)致不可溶性蛋白積累，最終引發(fā)植物死亡。盡管已有研究表明熱激后自噬相關(guān)蛋白的基因表達(dá)水平顯著上調(diào)，但自噬蛋白在亞細(xì)胞水平上的調(diào)控機(jī)制尚不明確。

研究團(tuán)隊(duì)前期揭示了短時(shí)間高溫（45℃，5分鐘）后，自噬相關(guān)蛋白8（ATG8）聚集到了囊泡狀的順式高爾基體上，進(jìn)而介導(dǎo)了熱脅迫后的高爾基體的損傷修復(fù)。為了進(jìn)一步全面了解核心的自噬相關(guān)蛋白在熱激過程中的動(dòng)態(tài)變化，團(tuán)隊(duì)對(duì)不同的自噬相關(guān)蛋白穩(wěn)定轉(zhuǎn)基因植物進(jìn)行了熱脅迫處理（38℃，60分鐘），發(fā)現(xiàn)自噬上游蛋白，如ATG1/13復(fù)合物（ATG1a，ATG13a）、PI3K復(fù)合物（ATG6，VPS34）、ATG12-ATG5類泛素化系統(tǒng)，在熱激條件下形成了大量的點(diǎn)狀信號(hào)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)顯示，這些自噬蛋白與熱脅迫產(chǎn)生的非膜細(xì)胞器—應(yīng)激顆粒共定位，而非與膜包被的細(xì)胞器共定位。

通過生化和細(xì)胞生物學(xué)手段，研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了自噬相關(guān)蛋白在熱激下特異性地招募到應(yīng)激顆粒，并在熱恢復(fù)階段隨著應(yīng)激顆粒的解聚而回到細(xì)胞質(zhì)中。此外，通過CRISPR-Cas9技術(shù)獲得的ubp1abc三突變體顯示，應(yīng)激顆粒的數(shù)量顯著降低，在熱脅迫后自噬體的形成時(shí)間顯著延遲，表明應(yīng)激顆粒在調(diào)控?zé)崦{迫過程中自噬活性中發(fā)揮了重要作用。生化分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在ubp1abc突變體中積累了過量泛素化不可溶蛋白。

該研究結(jié)合生物化學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)等分析手段，揭示了植物應(yīng)激顆粒在熱脅迫下調(diào)控自噬活性的分子機(jī)制，揭示了全新的植物應(yīng)激顆粒的功能并進(jìn)一步拓寬了熱脅迫中自噬活性調(diào)控的分子機(jī)理。

上述研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和青年項(xiàng)目、“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(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和杰出青年項(xiàng)目、香港研究資助局基金項(xiàng)目等支持。