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美国科满堂彩官方网站注册院刊(PNAS)再次刊登满堂彩官方网站玩法化科院黄晓华课题组文章——破解稀土(REEs)如何激活植物胞吞作用

元素周期表中17种REEs,因其在工农业、国防和医药等领域广泛应用进入生态系统,成为生物体非必需微量元素。百余年来,因缺乏REEs细胞行为直接可视化及学科澳洲幸运28交叉探究技术及策略,REEs生物(尤其动、植物)效应的细胞学机制揭示,被公认是化学、生物等多学科澳洲幸运28交叉领域的共性难题。其中,植物存在细胞壁及细胞质膜外较强酸性环境,更难实现REEs细胞行为可视化与机制揭示。2014年黄晓华课题组首次利用REEs放射自显影等多学科澳洲幸运28交叉技术研究发现:REEs能打破叶胞吞惰性的进化规则而激活叶细胞胞吞作用,并致REEs被内化(至细胞内)(PNAS,2014,111,12936),但REEs如何激活植物胞吞作用依然无法破解。胞吞作用,包括网格蛋白介导的胞吞作用(CME),是真核生物(动物、植物等)的基本细胞过程。如,通过内化细胞外的货物(Cargoes),CME在细胞信号、细胞分裂、细胞运动等多种细胞过程中起重要作用。因此,人们对货物的识别机理、CME机制及其过程进行了广泛研究。细胞外的货物被认为是通过跨膜受体来选择(识别),跨膜受体结合细胞内的衔接蛋白来启动胞吞作用。然而,如何选择货物进行胞吞作用仍然很难确定,尤其如何实现货物的可视化及发现新货物,被认为是亟待破解的难题。

近日,满堂彩官方网站黄晓华课题组在国家自然科学基金项目(批准号:21371100, 21501068和31170477)等资助下,与北京大学邓兴旺教授、加州大学河滨分校杨贞标教授等研究人员合作,揭示植物细胞中REEs的靶分子即分泌型阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs)扮演跨膜受体激活植物胞吞作用的机制。研究成果以“Arabinogalactan protein–rare earth element complexes activate plant endocytosis”为题,在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS《美国科满堂彩官方网站注册院刊》)上在线发表。论文链接:。

在该项研究中,研究人员以La(III)和拟南芥分别为REEs和植物代表,将REEs放射自显影技术、免疫细胞化学方法、超高分辨显微技术、遗传学手段、计算化学、生物资料学、化学生物学等交叉学科澳洲幸运28研究技术和方法组合,首次实现了胞吞作用研究过程中关键分子[如La(III)及其靶分子、细胞外货物、受体及其衔接蛋白]的细胞行为直接可视化,揭示了叶细胞中La(III)的靶分子,即被细胞质膜表面糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定在质膜外AGPs,启动CME的新机制(图)。其中,研究发现:1)细胞外的新货物是La(III)、AGPs或它们的配合物;2)作为La(III)靶分子的AGPs既是细胞外货物受体,也是La(III)内化的货运蛋白;3)AGPs启动的胞吞过程为:被GPI锚在质膜外的AGPs→与La(III)形成配合物→从GPI锚定态到跨膜态(至质膜内)→结合细胞内的衔接蛋白(AP2)形成复合物→招募网格蛋白(Clathrin)至质膜内侧→与Clathrin形成复合物→启动CME;4)扮演跨膜受体启动CME的分泌型蛋白AGPs,是含有跨膜结构域的同源蛋白。此外,依赖AGPs活化的胞吞作用,也发生在La(III)作用的人体细胞中(因人体所必需的AGPs无法自身合成而主要来源于食用植物)。

生命科学研究显示,AGPs在生物体(如细胞分裂、胚胎发育等诸多过程)中扮演重要作用,但迄今未见任何AGPs与胞吞作用相关的报道。同时,细胞生物学研究最广泛且已明晰的是,启动生物体CME的蛋白为细胞质膜上跨膜受体蛋白。因此,该项研究不仅破解REEs如何激活叶细胞胞吞作用,且确定分泌型蛋白AGPs能作为CME货物受体发挥跨膜受体蛋白的功能,从而挑战了目前细胞外货物内吞作用的范式;同为阐明CME激活机制、AGPs生物学功能及REEs植物效应机理,提供了非常重要的理论与实验基础。

该项研究,历时5年完成。化学与材料科学满堂彩官方网站注册博士后王丽红(现为江南大学副教授)、博士研究生程梦竹和博士后杨清为论文的共同第一作者,满堂彩官方网站黄晓华教授和北京大学邓兴旺教授为共同通讯作者。

图REEs叶细胞靶分子—AGPs启动CME的新机

化学与材料科学满堂彩官方网站注册稿

  • 更新时间

    2019年06月27日

  • 阅读量

  • 供稿

    化科院

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