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研究揭示蛋白酶体调控无膜细胞器蛋白稳态新功能
2024-09-10 11:16:41 张晴丹发布 来源:中国科学报近日，北京大学生命科学学院研究员王伟团队，创新性发现植物蛋白酶体调控应激颗粒蛋白稳态抵御高温的新机制。相关成果发表于《分子细胞》。
应激颗粒是在细胞受到外界环境刺激的情况下，由RNA和蛋白通过液液相分离（LLPS）形成的无膜细胞器。王伟在接受《中国科学报》采访时表示，应激颗粒的形成与解聚是一个高度动态变化的过程，其动态平衡通过对细胞内蛋白质翻译和RNA的调控来促进应激后细胞功能的恢复。应激颗粒稳态异常或者形成不可逆的纤维状结构，是导致哺乳动物中神经退行性疾病发生的关键因素。然而，在植物细胞中，到目前为止没有发现不可逆应激颗粒的形成。这表明植物可能具备更有效的策略，来防止蛋白的聚集，从而维持应激颗粒的可逆调控。
王伟团队针对植物中应激颗粒稳态的特殊性展开研究，通过挑选具有较高流动性的应激颗粒，结合蛋白组学及细胞生物学研究手段，发现蛋白酶体是应激颗粒的稳定成分。蛋白酶体通常是用于清除错误折叠、失活蛋白，维持细胞内蛋白平衡的重要结构。剧烈的高温往往导致错误折叠或者变性失活蛋白的聚集体，这些聚集体可通过蛋白酶体被清除。然而，应激颗粒与这些聚集体有着本质区别：应激颗粒具有较强流动性，其形成和解聚可以快速相互转换，从而维持蛋白和RNA的平衡和功能。蛋白酶体是否在应激颗粒中具有生化功能是动植物应激颗粒稳态研究领域亟待解决的关键问题。
随后研究团队对蛋白酶体进入应激颗粒、组装、酶活，以及对底物水解能力进行研究，揭示了蛋白酶体调控应激颗粒稳态的新机制和生物学意义：1）蛋白酶体可被招募进入应激颗粒；2）蛋白酶体在应激颗粒中具有较高酶活，维持应激颗粒内的蛋白平衡；3）应激颗粒整体动态与其标志蛋白的分子流动性不具备必然的偶联关系，澄清了在前人研究中使用应激颗粒标志蛋白的分子动态性表征应激颗粒整体动态性的误区；4）蛋白酶体主要通过促进植物高温胁迫后应激颗粒解聚提高植物的耐高温能力。
该研究揭示了蛋白酶体在应激颗粒中的新功能，为动植物应激颗粒稳态调控和细胞逆境胁迫响应提供了全新的研究方向。
本研究得到蛋白质与植物基因研究国家重点实验室、国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京大学生命科学学院、生命科学联合中心、北京市科技新星计划和海外交流引进博士后项目的资助。
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