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    王鵬蔚教授課題組在細胞骨架維持方面取得新進展
    發布時間:2021-03-07

    2月15日,我校王鵬蔚教授課題組研究揭示了一種新的植物細胞骨架復合體NET3C-KLCR-IQD與其調控細胞骨架和內質網-質膜互作的分子機制。該成果以 “A novel plant actin-microtubule bridging complex regulates cytoskeletal and ER structure at ER-PM contact sites”為題,發表在期刊Current Biology上。

    圖1. 植物NET3C-KLCR-IQD復合體與內質網-質膜互作網絡的生物學功能匯總

    圖1. 植物NET3C-KLCR-IQD復合體與內質網-質膜互作網絡的生物學功能匯總

    在細胞生物領域,除了對單個細胞器的功能研究之外,發現并闡明細胞器互作機制及其功能,也可以幫助我們系統地了解細胞生命活動。上世紀80年代,有學者利用透射電鏡揭示了植物內質網與質膜的相互作用,但在植物細胞中此類互作的形成機制、分子構成在很長時間內都沒有被解釋,其生物學功能研究也無法有效開展,此問題困擾了學界多年。王鵬蔚教授與其合作者在論文中首次闡明了植物內質網-質膜互作位點(ER-PM Contact Sites, EPCSs)的分子組成 (Wang et al., 2014 Curr Biol, 24, 1397-1405),即其通過位于內質網膜上的VAP27蛋白與位于細胞質膜上的微絲結合蛋白NET3C互作,組成蛋白質復合體,而VAP27也可以通過一些橫跨細胞質膜的蛋白,間接與細胞壁相連。在后續工作中,針對植物EPCSs的生物學功能,王鵬蔚教授團隊展開了多方面的研究,闡明了EPCS調控細胞極性、自噬體形成的分子機制 (圖1;Wang et al., 2016 New Phyt, 210:1311-1326; Wang et al., 2019 Nature Comm, 10, 5132) 。

    本研究就植物EPCS與細胞骨架互作的分子機制進行了進一步的解析,發現了一個高等植物特有的蛋白復合體,即VAP27-IQD-NET-KLCR complex,其包含有植物特有的微絲結合蛋白NETWORKED protein (NET3C)、植物特有的微管結合蛋白IQ67-Domain protein (IQD)和微管馬達蛋白Kinesin-light Chain Related protein (KLCR) 。此復合體可以同時與微絲-微管互作,并與內質網-質膜-細胞壁連續體結合,形成了一個橫跨細胞內外的細胞骨架調控中樞,對細胞骨架與內質網結構的維持,細胞形態的建立都起到了至關重要的作用。 此研究對植物細胞骨架動態調控與細胞形態建立的機制有了更深入的解析,揭示內質網與細胞骨架在結構和功能上均存在著相互調控的機制(Zang et al., 2021 Curr Biol, 2021)。

    圖2. KLCR1、NET3C和IQD2功能缺失突變體的葉片表皮細胞形態與細胞骨架排列發生缺陷

    圖2. KLCR1、NET3C和IQD2功能缺失突變體的葉片表皮細胞形態與細胞骨架排列發生缺陷

    此外,IQD作為高等植物中特有的微管結合蛋白,功能與植物器官形態聯系十分密切。除擬南芥以外,IQD編碼的基因也一個保守的遺傳位點,在番茄、黃瓜、水稻等作物中直接影響果實或種子的形態,調控重要的園藝或農藝性狀。因此,研究內質網-質膜互作復合體的分子構成與時空表達模式,對了解植物細胞與重要器官的形態建立有著重要科學意義與潛在的應用價值。

    本研究的第一作者分別為我校博士研究生生臧婧澤、德國萊布尼茨植物生化研究所的博士研究生Sandra Klemm;我校王鵬蔚教授與英國杜倫大學生物系Patrick Hussey教授為共同通訊作者。萊布尼茨植物生化研究所的Katharina Burstenbinder研究員與英國牛津布魯克斯大學的Verena Kriechbaumer博士參與了此項研究。項目得到了自然科學基金委“細胞器互作重大研究計劃”、“華中農業大學自主科技創新基金”等的資助。

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