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《细胞》:清华大学柴继杰等首次证明2\',3\'-cAM/cGMP可由植物TIR蛋白产生并正向调控植物免疫反应

已有 1431 次阅读 2022-5-21 17:18 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2022年5月20日晚23时,德国科隆大学/清华大学柴继杰课题组、德国马克斯-普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert课题组和新加坡南洋理工大学Bin Wu (吴彬)课题组合作在Cell发表论文——“TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death” 。


该研究首次证明2′,3′-cAMP以及2′,3′-cGMP(2′,3′-cAM/cGMP)可由植物TIR蛋白产生并正向调控植物的免疫反应。


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细胞为了应答各类胞外的信号,可以产生一系列小分子,并通过变化其浓度调节胞内的各种生物学反应,从而在细胞信号转导途径中起着放大信号的功能。这类小分子被统称为’第二信使’ (second messenger),其中最为人所熟知的便是于1971 诺贝尔医学或生理学奖的3′,5′位环化的单磷酸腺苷环磷酸腺苷 (3′,5′-cAMP)。近年来,3′,5′-cAMP的同分异构体2′,3′-cAMP在不同物种中相继被发现,同时其功能包括在植物生物胁迫过程中的作用也有报道。但是至今2′,3′-cAMP合成酶还未被发现。


植物TIR蛋白,因其与动物白细胞介素-1受体(Toll/Interleukin-1 Receptor,TIR)的高度同源性得名。其通常作为植物免疫TIR-NLR受体的一个结构域而存在,同时可以作为一种独立的蛋白介导免疫反应如超敏反应(一种植物细胞死亡方式)。之前的研究显示,TIR蛋白作为一种酶,可以催化NAD+ 水解。而TIR蛋白的NAD+ 水解酶活性对免疫功能是必要的但不是充分的,暗示还存在其它组分帮助TIR介导植物免疫反应。


为了寻找这些可能的组分,该研究团队首先发现TIR蛋白具有核酸酶活性,水解RNA/DNA。进一步分析发现,TIR蛋白水解RNA/DNA可以产生2′,3′-cAMP以及2′,3′-cGMP (2′,3′-cAM/cGMP)。TIR蛋白在植物(本氏烟草,Nicotiana benthamiana)中引起超敏反应的能力(超敏活性)与植物的2′,3′-cAMP/2′,3′-cGMP含量紧密相关;水解植物中的2′,3′-cAMP/cGMP显著降低TIR蛋白的超敏活性。


这些结果说明2′,3′-cAMP/cGMP参与正向调控TIR介导的植物免疫反应。也正是由于这种原因,这两个小分子的过度积累增加植物自身损害的风险,因此其在细胞内的水平必定会受到严格调控。诚然,作者发现植物中一个叫NUDT7的酶可以专一性水解2′,3′-cAMP/cGMP,并降低TIR蛋白的超敏反应活性。有趣的是,病原菌也可以分泌类似NUDT7的酶到植物中,从而抑制TIR的免疫活性。


另外,该研究团成功地使用冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 技术解析了多种不同状态的TIR-DNA复合物的结构。这些电镜结构表明TIR蛋白可以通过形成不同的寡聚态,结合NAD或者RNA/DNA,从而行使NAD水解酶活性或者2′,3′-cAMP/cGMP合成酶活性。

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图文摘要


综上所述,该研究首次报导了植物TIR蛋白具有2′,3′-cAMP/cGMP合成酶的能力,其与底物DNA/RNA相结合的结构清晰地阐明了该活性的分子机理。2′,3′-cAMP/cGMP,很可能作为一种新的‘第二信使’,促进植物免疫反应。

 

德国马克斯-普朗克植物育种研究所博士生于东立,科隆大学博士后宋文与新加坡南洋理工大学博士生Eddie Yong Jun Tan为论文共同第一作者。德国科隆大学、清华大学柴继杰教授,德国马克斯-普朗克植物育种研究所Paul Schulze-Lefert教授,新加坡南洋理工大学Bin Wu (吴彬) 副教授为本文共同通讯作者。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.032




https://m.sciencenet.cn/blog-3423233-1339595.html

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1 郁志勇

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