张彦课题组揭示小G蛋白ROP的囊泡运输途径
文章作者:        发布时间: 2020-03-23                 浏览次数: 10

G蛋白ROP是植物细胞中重要的分子开关,调控多种细胞活动,如细胞骨架的动态组装、钙离子及活性氧浓度、囊泡外泌等。ROP调控植物生长及环境应答过程,尤其在极性细胞生长中起关键作用。

活性形式的ROP-GTP在质膜上的区域性动态定位决定了细胞的极性生长。鸟苷酸解聚抑制因子RhoGDI被认为是介导ROP质膜定位的关键因子。然而,拟南芥RhoGDI编码基因全部敲除的植物生长正常(Feng et al. 2016)。除花粉管和根毛这两种顶端生长细胞外,叶表皮细胞及根表皮细胞等受ROP动态膜定位控制的其它极性细胞没有受到影响,暗示存在ROP靶向的其它控制途径。

JIPB近日在线发表了我院张彦课题组题为“Targeting and signaling of ROP GTPases require synergistic interaction between GDI and vesicular trafficking” 的研究论文。该研究发现囊泡运输途径与GDI协同控制ROP的动态膜定位。利用药剂细胞学以及遗传手段,研究人员对从内质网到质膜的囊泡运输途径逐一干扰,发现部分ROP依赖于COPII介导的运输小泡从内质网到达高尔基体,继而依赖ARF1运输到反式高尔基网络/早期内体(TGN/EE)。定位于TGN/EE的ROP依赖于衔接蛋白复合体1(AP1)被分拣到质膜。此外,质膜定位的活性ROP可能通过棕榈酰化修饰,在脂筏区域进行内吞,从而保证其在极性细胞生长过程中的动态定位。同时干扰RhoGDI及囊泡运输途径破坏了叶表皮拼图细胞及根表皮细胞的生长,表明二者协同调控ROP在极性细胞质膜特定区域的定位。该项研究系统解析了调控ROP靶向的囊泡运输途径及其参与元件,揭示了囊泡运输与RhoGDI途径的协同关系,为深入理解ROP途径的分子网络提供了重要信息。

工作模型:囊泡运输途径与GDI协同调控ROP的动态膜定位

葛福荣博士为该论文的第一作者,张彦教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。张彦课题组前期以花粉管及根毛这两种极性细胞为体系,研究发现花粉管及根毛生长过程中,ROP在顶端质膜的区域性动态定位依赖于酯酰化修饰,包括异戊烯化及棕榈酰化(Chai et al. 2016; Wan et al. 2017)。该课题组还证明多种上游蛋白因子介导ROP在花粉管或根毛顶端质膜的区域性动态定位,包括类受体激酶PRK2 (Zhao et al. 2013),鸟苷酸交换因子GEF4/GEF10/GEF12 (Huang et al. 2013; Li et al. 2018),及AGC蛋白激酶(Li et al. 2018)。