植物細(xì)胞內(nèi)一類免疫受體作為鈣離子通道調(diào)控免疫
2021年6月17日，美國(guó)北卡大學(xué)Jeff Dangl實(shí)驗(yàn)室、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心萬(wàn)里研究組和美國(guó)杜克大學(xué)裴真明實(shí)驗(yàn)室合作在Science發(fā)表了題為 Plant “helper” immune receptors are Ca2+-permeable non-selective cation channels 的研究長(zhǎng)文，揭示了植物細(xì)胞內(nèi)一類免疫受體作為鈣離子通道調(diào)控免疫的分子機(jī)理。
植物免疫系統(tǒng)識(shí)別病原微生物并激活免疫反應(yīng)，限制病原菌侵染。NB-LRR（NLR）蛋白是植物細(xì)胞內(nèi)主要的免疫受體，通過(guò)識(shí)別病原微生物效應(yīng)蛋白引發(fā)免疫反應(yīng)和細(xì)胞程序性死亡。植物的 NLR 根據(jù)其 N 端的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域可以分為三類: TIR-NB-LRR (TNL)、 CC-NB-LRR (CNL)和CCR-NB-LRR (RNL)。TNL和CNL識(shí)別病原菌效應(yīng)蛋白，RNL不直接識(shí)別病原菌效應(yīng)蛋白，而是作用于 TNL 和 CNL下游，因此稱為helper NLR。RNL包含兩類: NRG1和ADR1。在擬南芥中，NRG1作用于TNL下游介導(dǎo)細(xì)胞死亡的發(fā)生，而ADR1則作用于TNL下游介導(dǎo)抗性。2019年，中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心萬(wàn)里研究員在博士后期間（Jeff Dangl lab）的研究表明，植物TNL識(shí)別病原菌被激活后作為NAD+降解酶并產(chǎn)生小的信號(hào)分子而引起細(xì)胞死亡。而NRG1/ADR1在TNL下游調(diào)控調(diào)控細(xì)胞死亡和抗性的分子機(jī)理未知。
該研究首先解析了擬南芥NRG1 CCR結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)CCR與動(dòng)物中作為陽(yáng)離子通道引發(fā)細(xì)胞壞死的MLKL在結(jié)構(gòu)上有很大的相似性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在煙草和人癌細(xì)胞中表達(dá)NRG1的自激活突變體和野生型ADR1都能引起細(xì)胞死亡，且死亡表型依賴于質(zhì)膜定位以及其介導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流。電生理實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了NRG1的自激活突變體是一個(gè)鈣離子通透性但非選擇性的陽(yáng)離子通道。所有擬南芥的TNL依賴下游的ADR1/NRG1介導(dǎo)免疫，因此該研究揭示了廣泛TNL下游抗性和細(xì)胞死亡產(chǎn)生的分子機(jī)理。
值得一提的是，2021年5月12日，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周儉民、陳宇航、何康敏和清華大學(xué)柴繼杰合作在Cell發(fā)表論文證實(shí)了ZAR1 (CNL) 抗病小體作為Ca2+通道引發(fā)細(xì)胞死亡和免疫的分子機(jī)理（點(diǎn)擊查看：Cell突破！周儉民/陳宇航/何康敏/柴繼杰合作揭示ZAR1抗病小體激活免疫反應(yīng)的分子機(jī)制）。這兩項(xiàng)研究成果綜合闡明了CNL和TNL信號(hào)通路中相關(guān)NLR被激活作為鈣離子通道引起抗性和細(xì)胞死亡的保守機(jī)制。
美國(guó)北卡大學(xué)Jeff Dangl實(shí)驗(yàn)室的博士后Pierre Jacob和Nak Hyun Kim為該論文共同第一作者。美國(guó)北卡大學(xué)Jeff Dangl教授、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心萬(wàn)里研究員和美國(guó)杜克大學(xué)裴真明教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心高層次人才啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，植物分子遺傳國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)以及中科院先導(dǎo)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持。
