內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)負(fù)責(zé)分泌蛋白合成、折疊和分選的細(xì)胞器。不同的分泌蛋白在正確折疊后被分選和運(yùn)輸?shù)礁郀柣w或液泡等不同下游細(xì)胞器，進(jìn)行進(jìn)一步修飾、分選等過程。蛋白的分選是維持細(xì)胞穩(wěn)定的基本機(jī)制之一，這一機(jī)制保證了正確折疊的蛋白在正確的時(shí)間被運(yùn)輸?shù)秸_的位置。蛋白的分選發(fā)生異常，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)紊亂。新生的蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，被分子伴侶識(shí)別和幫助折疊，而定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞質(zhì)面的蛋白分選機(jī)器負(fù)責(zé)分選囊泡的形成和運(yùn)輸。在這個(gè)過程中有兩個(gè)未解的科學(xué)問題：第一、正確折疊的蛋白的信息如何傳遞給分選機(jī)器？第二、不同的分泌蛋白的特異性分選機(jī)制是什么？ 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所楊維才研究組前期在擬南芥中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白POD1與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶CRT3互作，調(diào)控花粉管對(duì)胚囊信號(hào)的響應(yīng)（Li et al. 2011, Plant Cell）。最新的研究發(fā)現(xiàn)，POD1-CRT3與三個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白SUN3/4/5形成蛋白復(fù)合體。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)sun3/4/5突變體植株根系變短、株高降低，花粉管的生長(zhǎng)和導(dǎo)向缺陷導(dǎo)致角果敗育，與pod1的表型類似。CRT3之前被報(bào)道負(fù)責(zé)將錯(cuò)誤折疊的受體蛋白激酶bri1-5和bir1-9滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，因此研究者觀察了BRI1-GFP在sun3/4/5中的定位，相較于其在野生型中的質(zhì)膜定位，sun3/4/5中BRI1-GFP定位于酸性囊泡。將bri1-5 和 bri1-9引入sun3/4/5后，加重bri1-5, bri1-9表型，說明BRI1的正確定位依賴于SUNs。 BRI1屬于LRR-RLK家族蛋白，那么SUNs是否也調(diào)控其它LRR-RLK蛋白的分選呢？在植物生殖過程中LRR-RLK家族蛋白在花粉管的生長(zhǎng)及導(dǎo)向過程中發(fā)揮重要作用，如PRK2、PRK3、MDIS1等。在sun3/4/5花粉管中，這些受體蛋白激酶也都定位于酸性囊泡中，藥物處理顯示這些酸性囊泡形成依賴于prevacuolar compartment（PVC）途徑。為了進(jìn)一步證明SUNs對(duì)于LRR-RLK分選的調(diào)控機(jī)制，將PRK2-GFP的LRR結(jié)構(gòu)域去掉，在野生型和sun3/4/5花粉管中，蛋白都被分選到酸性囊泡。將PRK2-GFP的胞外域去掉，只保留信號(hào)肽和跨膜域前20個(gè)氨基酸，在野生型和sun3/4/5花粉管中，蛋白都定位于質(zhì)膜。將PRK2的胞外域連接到跨膜蛋白Lit6b的N端，GFP-PRK2ECD-Lti6b在野生型花粉管中定位于細(xì)胞膜，而在sun3/4/5花粉管中定位于酸性囊泡，表明LRR結(jié)構(gòu)域決定了LRR-RLK的SUN介導(dǎo)的分選過程。綜上，這一研究揭示了一個(gè)調(diào)控受體蛋白激酶的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分選的分子機(jī)制。 該項(xiàng)研究成果以題為“POD1-SUN-CRT3 Chaperone Complex Guards the ER Sorting of LRR Receptor Kinases in Arabidopsis”于2022年5月16日在線發(fā)表在Nature Communications（DOI:10.1038/s41467-022-30179-w）。楊維才研究組已畢業(yè)的薛勇博士和孟姜果博士為該論文的共同第一作者，賈鵬飛博士和張崢嶸參與了部分工作，李紅菊研究員(第四批會(huì)員、優(yōu)秀會(huì)員)和楊維才院士為共同通訊作者。該項(xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。 
圖：POD1-SUN-CRT3復(fù)合體調(diào)控受體蛋白激酶分選的分子機(jī)制模型 | 
