植物受体激酶的结构与功能研究进展

作为多细胞营固着生长的生命体,植物需要对外界多变的环境及内部不同组织细胞之间协调发育的多样信号做出精确的反应.与多细胞动物主要通过数量巨大的GPCR等受体蛋白参与细胞与环境及细胞之间的交流不同,植物主要靠数目庞大的植物受体激酶来完成相应功能.通过30多年的深入研究,植物受体激酶的功能研究取得了极大的进展,研究发现,植物受体激酶参与植物多种多样的生理病理过程,包括生长发育、气孔发育、分生组织发育、抗病、花粉管吸引和自交不亲和等.这些受体激酶的结构生物学研究在近10年取得了一系列重要的成果,使我们对各种受体激酶的配体识别及活化机制有了系统的认识.2017年国家自然科学奖二等奖授予"油菜素内酯等受体激酶的结构与功能研究",也是对这些成果的肯定.本综述对参与不同过程的受体激酶结构进行总结描述,随后对受体激酶的识别及活化规律进行总结,最后对该领域尚未解决的问题及研究方向提出展望.     

微磁球法分离转基因烟草细胞壁CaMBP

运用亲和层析原理,并结合凝胶覆盖法,建立了一种适于小量分离纯化CaMBPs(CaM结合蛋白)的方法──微磁球法,在转基因烟草细胞壁中检测出3条可能的CaMBPs.检测结果证明分离效果较好,保留了CaMBP条带.将洗脱液收集并进行检测,发现存在可抑制被CaM激活的PDE活性的成分,而这种抑制又可被外加纯化的CaM解除,说明确实存在CaMBP. 本实验室以胡萝卜悬浮培养细胞为材料研究了外源钙调素(CaM)对植物体细胞增殖的促进作用,并用珍珠梅花粉为材料,离体萌发后观察了外源 CaM对花粉管中生殖细胞有丝分裂的影响,说明外源 CaM对植物体细胞和性细胞的增殖与分裂均有促进作用,并说明外源 CaM的作用位点可能在细胞外部;在研究光信号传递途径的工作中,暗环境中显微注射CaM,不注入单个细胞而是注射入整株植株的下胚轴中,同样激活了转基因植株中的RbcS启动子,使报告基因得到表达,说明胞外CaM介导了这一通路,为胞外存在CaMBP提供了间接证据.故此,我们进行了一系列实验以确定细胞外CaMBP的存在.     

《科学通报》2006年第51卷总目次

前沿617(6)埃达克岩成因回顾Paterno R.Castillo1489(13)全球变暖:行动还是等待?W.S.Broecker评述1(1)细胞壁连接的类受体激酶(WAK):植物细胞壁与细胞质联系的重要蛋白张素巧孙颖郭毅孙大业121(2)含硅共轭聚合物电致发光材料研究进展陈润锋范曲立郑超汪联辉黄维241(3)非负矩阵分解及其在模式识别中的应用刘维湘郑南宁游屈波369(4)microRNA对植物生长发育和病毒侵染的调控段成国王春晗郭惠珊378(4)中国干旱-半干旱区风尘物质的Sr,Nd同位素地球化学:对黄土来源和季风演变的指示饶文波杨杰东陈骏李高军497(5)金刚石表面的功能化修饰只金…     

IL-2内化信号只存在于其受体γ亚基的胞内域

白细胞介素-2 (IL-2 )是一个重要的免疫细胞因子 .它与受体相互作用后激活细胞内一系列信号分子,并诱导c-myc ,c-fos ,c-jun及bcl-2等原癌基因的表达 ,从而使细胞增殖和分化 .在这个过程中往往伴随着IL-2内化现象的产生 .受体介导的IL-2内化一方面大大减少了定位在细胞膜上的IL-2受体的数目 ,另一方面则使胞外的IL-2进入细胞并发生降解 ,从而对IL-2的生物活性进行下调控制 .为了确定IL-2受体中专门负责内化的亚基 ,我们构建了一系列由IL-2受体不同亚基的胞内域与胞外域组成的嵌合受体 ,电转染入L929细胞建立稳定株并进行IL-2内化检测 .实验结果表明IL-2Rα,β亚基的胞内域都不能单独介导其内化 ,IL-2内化的信号只存在于其受体γ亚基的胞内域中 .另外 ,IL-2受体与IL-2的亲和力的大小亦会影响IL-2内化程度 .     

细胞外钙调素对花粉萌发和花粉管伸长的影响

钙调素(Calmodulin CaM)作为主要的多功能的Ca~(2+)受体,传统上被认为是细胞内信号转导(Signal transduction)途径中的主要信号分子。然而近年来国内外的一些研究结果表明CaM不仅存在于细胞内,也存在于细胞外。在植物系统中,Biro和孙大业等人(1984)首次发现燕麦胚芽鞘细胞壁中存在CaM,随后我室一系列工作,包括从小麦细胞壁中纯化CaM、用金标免疫电子显微镜从玉米根尖细胞壁中检测到CaM,以及从悬浮培养的白芷和胡萝卜胞培养介质中检测到CaM,证实了植物细胞外CaM存在的普遍性。另外,我室近年来还发现细胞外CaM可以促进白芷细胞增值、原生质体壁再生及第一次分裂,并且还在白芷和胡萝卜细胞外检测到了CaM结合蛋白(CaMBPs),并将其中主要的分子量为21 ku的CaMBP纯化。上述结果表明植物细胞外不仅存在CaM,而且细胞外CaM还具有生物学功能。     

IL-2内化信号只存在于其受体γ亚基的胞内域

白细胞介素 2 (IL 2 )是一个重要的免疫细胞因子 .它与受体相互作用后激活细胞内一系列信号分子 ,并诱导c myc ,c fos ,c jun及bcl 2等原癌基因的表达 ,从而使细胞增殖和分化 .在这个过程中往往伴随着IL 2内化现象的产生 .受体介导的IL 2内化一方面大大减少了定位在细胞膜上的IL 2受体的数目 ,另一方面则使胞外的IL 2进入细胞并发生降解 ,从而对IL 2的生物活性进行下调控制 .为了确定IL 2受体中专门负责内化的亚基 ,我们构建了一系列由IL 2受体不同亚基的胞内域与胞外域组成的嵌合受体 ,电转染入L92 9细胞建立稳定株并进行IL 2内化检测 .实验结果表明IL 2Rα,β亚基的胞内域都不能单独介导其内化 ,IL 2内化的信号只存在于其受体γ亚基的胞内域中 .另外 ,IL 2受体与IL 2的亲和力的大小亦会影响IL 2内化程度 .     

植物细胞壁研究与生物质改造利用

细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的重要结构特征之一,在植物细胞生长发育和环境响应中发挥重要作用.同时,地球上陆生植物光合作用产物约70%存于细胞壁中,细胞壁生物质是地球上最丰富的可再生资源.植物如何将光合产物合成为细胞壁成分?人类如何有效利用大量的、可再生的细胞壁生物质资源?这些问题近年来受到了广泛的关注.本文对细胞壁合成、利用生物技术对细胞壁生物质进行改造,以及细胞壁生物质利用等研究进行简要介绍和综述.     

小麦细胞壁钙调素的研究初报

在植物细胞内钙离子作为第二信使通过钙调素(Calmodulin,简称CaM)而起调节作用,已有许多研究证实和评述。植物体内大部分的Ca~(2+)是存在于细胞壁中,Ca~(2+)和细胞壁的相互作用发挥着重要的生理功能,如细胞壁结构的稳定性,酸性生长,离子交换特性,向地性,细胞壁酶活性的调节等。在植物细胞壁中Ca~(2+)的功能是否通过CaM起调节作用,目     

同源于hMIP-1a 的vMIPa 对人趋化因子受体的作用

HIV感染靶细胞须以人CD4+白细胞膜上的趋化因子受体为共受体, 与此共受体结合的趋化因子类似物可阻止HIV进入靶细胞. 实验目的是了解与人趋化因子单核细胞炎性蛋白-1a (MIP-1a)同源的人疱疹病毒8 K6基因编码产物vMIPa 是否具有结合人趋化因子受体的功能. 首先用蛋白质同源分析及蛋白空间结构模拟等对比vMIPa与人趋化因子的结构异同, 用PCR扩增出K6片段, 克隆于哺乳类细胞表达载体, 转染于NIH3T3细胞, 得到条件培养液. 然后将K6基因在大肠杆菌中表达, 得表达产物vMIPa. 结果显示转染K6的NIH3T3细胞含有vMIPa单一分子量的mRNA, 此转染细胞的条件培养液及大肠杆菌表达纯化的vMIPa可与人趋化因子125I-hMIP-1a竞争结合外周血单核细胞的CCR5受体, 而且此条件培养液及vMIPa不引起外周血单核细胞对ICAM-1的黏附反应. 研究证实K6编码产物vMIPa与CCR5结合但不引起细胞黏附反应, 即封闭HIV的CCR5共受体, 提示有用于防治HIV/艾滋病的可能性.     

同源于hMIP-1α的vMIPα对人趋化因子受体的作用

HIV感染靶细胞须以人CD4+白细胞膜上的趋化因子受体为共受体, 与此共受体结合的趋化因子类似物可阻止HIV进入靶细胞. 实验目的是了解与人趋化因子单核细胞炎性蛋白-1α(MIP-1α)同源的人疱疹病毒8 K6基因编码产物vMIPα是否具有结合人趋化因子受体的功能. 首先用蛋白质同源分析及蛋白空间结构模拟等对比vMIPα与人趋化因子的结构异同, 用PCR扩增出K6片段, 克隆于哺乳类细胞表达载体, 转染于NIH3T3细胞, 得到条件培养液. 然后将K6基因在大肠杆菌中表达, 得表达产物vMIPα. 结果显示转染K6的NIH3T3细胞含有vMIPα单一分子量的mRNA, 此转染细胞的条件培养液及大肠杆菌表达纯化的vMIPα可与人趋化因子125I-hMIP-1α竞争结合外周血单核细胞的CCR5受体, 而且此条件培养液及vMIPα不引起外周血单核细胞对ICAM-1的黏附反应. 研究证实K6编码产物vMIPα与CCR5结合但不引起细胞黏附反应, 即封闭HIV的CCR5共受体, 提示有用于防治HIV/艾滋病的可能性.     

蚕豆α类扩张蛋白VfEXPA1 参与调节气孔运动

与其他种类的植物细胞不同, 保卫细胞可以反复地进行扩张收缩运动, 进而达成气孔的开放和关闭. 在这个过程中, 调节保卫细胞细胞壁松弛的机理却不清楚. 从蚕豆表皮条中克隆了一个α类扩张蛋白, 并命名为VfEXPA1. VfEXPA1 的表达受暗处理和水淹处理的影响,但光照和ABA 的处理并不改变VfEXPA1 的表达. 进一步, 在烟草中过表达了VfEXPA1.VfEXPA1 过表达植株中蒸腾和光合速率显著增加, 且光诱导的气孔开放速度也大大高于野生型. 实验结果表明, 气孔保卫细胞特异表达的扩张蛋白VfEXPA1 调控了气孔开放过程.     

JAK3介导白细胞介素-2对c-myc基因表达的诱导

白细胞介素-2(IL-2)与其靶细胞表面的IL-2受体(IL-2R)相互作用并诱导c-myc基因表达,这一过程与IL-2刺激T淋巴细胞增殖有关,但其具体机制与过程还不明了。IL-2受体由α,β,γ3亚基组成。其中α亚基可提高受体与IL-2的亲和力,而β,γ亚基与信号转导有关。有些实验认为,与IL-2R γ胞内域结合的非受体型酪氨酸激酶JAK3可能介导了IL-2对c-myc基因表达的诱导,但缺乏直接证据。为了直接验证JAK3参与了这一过程,我们构建了一个嵌合受体基因IL-2R α/γ/△NJAK3,其胞外域来自白细胞介素-2受体α亚基(IL-2Rα),跨膜部分来自IL-2R γ,胞内域来自JAK3催化功能域(△NJAK3)。将此嵌合受体转入已经稳定表达IL-2R β的小鼠成纤维细胞L929(L929 β)中,筛选到稳定表达IL-2R β和IL-2R α/γ/△NJAK3的细胞株L929 β α/γ/△NJAK3。IL-2作用于此转基因细胞株可以诱导c-myc基因表达。由于在这个系统中,没有IL-2R γ胞内域,从而排除了结合于IL-2R γ胞内域的其他分子的干扰,因此这个实验结果为JAK3在IL-2诱导c-myc基因表达中起重要作用提供了直接证据。     

植物细胞质中存在类Fas死亡因子的实验证据

动物细胞中Fas的主要功能是激活胞质中的死亡程序。在长日条件下生长的G2豌豆生长锥细胞胞质中， 液泡在诱导细胞死亡的过程中起着关键作用。G2豌豆中Fas的表达模式表明，类Fas主要存在于程序化死亡细胞的泡中。烟草原生质体中Fas的表达与维生素K诱导的程序化细胞死亡的启动密切相关。该研究表明，植物细胞中可能存在着类Fas介导的胞质细胞死亡途径。     

集落刺激因子-1受体介导的信号转导途径

集落刺激因子-1(CSF-1)主要在G1期调节细胞的极早期和迟早期反应 ,是细胞增殖、分化所必需的生长因子 .CSF-1与其受体 (CSF-1R)的结合导致后者的磷酸化从而激活其内部酪氨酸激酶的活性 ,激活的受体直接与细胞浆内的效应蛋白联系 ,诱导多条信号转导途径 .CSF-1可以通过Ras和Ets相关蛋白诱导c-myc基因的表达 ,也可以激活c-fos/jun家族基因的表达 ;CSF-1R激活STAT1和STAT3参与信号转导 ,但JAKs似乎不能在CSF-1R介导的信号传递中发挥作用 ;CSF-1R激活PI3-K ,PI3-K可通过一条独立于Ras/Raf的MAPKK相关途径作用于下游蛋白 ;CSF-1R可以使PC-PLC发挥增强信号传递的效应 .此外 ,CSF-1R还可介导信号传递的负调节 ,CSF-1R的自身转化 (turnover)及磷酸酶SHPTP1的脱磷酸化作用是信号传递负调节的主要机制.     

集落刺激因子-1受体介导的信号转导途径

集落刺激因子_1(CSF_1)主要在G1期调节细胞的极早期和迟早期反应 ,是细胞增殖、分化所必需的生长因子 .CSF_1与其受体 (CSF_1R)的结合导致后者的磷酸化从而激活其内部酪氨酸激酶的活性 ,激活的受体直接与细胞浆内的效应蛋白联系 ,诱导多条信号转导途径 .CSF_1可以通过Ras和Ets相关蛋白诱导c_myc基因的表达 ,也可以激活c_fos/jun家族基因的表达 ;CSF_1R激活STAT1和STAT3参与信号转导 ,但JAKs似乎不能在CSF_1R介导的信号传递中发挥作用 ;CSF_1R激活PI3_K ,PI3_K可通过一条独立于Ras/Raf的MAPKK相关途径作用于下游蛋白 ;CSF_1R可以使PC_PLC发挥增强信号传递的效应 .此外 ,CSF_1R还可介导信号传递的负调节 ,CSF_1R的自身转化 (turnover)及磷酸酶SHPTP1的脱磷酸化作用是信号传递负调节的主要机制 .     

气孔运动中pH 对保卫细胞壁弹性模量的影响

保卫细胞壁的特性对气孔运动有重要的影响. 以前的研究多集中于保卫细胞壁的解剖结构, 对气孔运动中保卫细胞壁物理性质的改变了解很少. 本研究以蚕豆叶片表皮条为材料,运用细胞压力探针技术, 对气孔运动中不同pH下的保卫细胞壁弹性模量(ε)进行了测量. 研究发现, 当pH 从8.60 降至6.50 时, 保卫细胞壁的弹性模量从7.098 Pa 降至5.690 Pa. 气孔运动中, 较低的保卫细胞壁弹性模量有利于保卫细胞改变体积, 进而有助于气孔运动的完成. 从保卫细胞通过调控细胞壁pH 改变细胞壁弹性模量的角度来分析气孔运动机理, 对于完善气孔运动机理假说, 进而深刻理解气孔运动, 具有重要的意义.     

G蛋白偶联受体的结构研究与药物研发

G蛋白偶联受体(G protein coupled receptors,GPCRs)是人体内最大的膜受体蛋白家族,具有保守的7次跨膜螺旋结构.GPCR可识别细胞外的各种信号分子,如激素、神经递质、离子、光、气味分子等,与之结合后发生构象改变,随后与细胞内的效应蛋白(包括G蛋白、GPCR激酶GRK和阻遏蛋白)相互作用,从而诱导各种细胞反应.作为分布最广泛的细胞表面蛋白,GPCR在所有重要的生理活动中发挥不可或缺的功能作用,是心血管疾病、神经系统疾病、炎症、代谢性疾病、癌症等多种疾病的重要药物靶点.美国食品药品监督管理局(FDA)批准的药物中约34%以GPCR为作用靶点,2011~2015年间,GPCR药物的销售份额占据全球上市药物的27%.近年来,GPCR的结构生物学研究取得了长足的发展,研究成果揭示了GPCR对配体识别和信号转导的分子机制,并为基于结构的药物研发提供了重要信息.本文详细介绍GPCR的结构研究与药物研发进展,并就GPCR结构和功能研究的未来发展方向提出建议.     

细胞壁:决定植物细胞命运的信使

以前认为植物细胞壁是些没有作用的空盒子，现在揭示出：它在植物发育过程中是决定细胞命运的有力信号机。自从17世纪英国科学家罗伯特·胡克（RobertHoorke）用早期的显微镜对植物进行了研究之后，就了解到植物细胞被僵硬的壁所包被。今天，任何一本生物学教科书的专业词汇，叙述细胞壁的经典的狭义作用时，都把它们描写成一种被动地包装着有活性的细胞生命物质的纤维素盒子。新的研究表明，细胞壁承担着决定植物细胞命运的活性作用。壁是一条长廊，包含有碳水化合物和蛋白质——但其本性仍然是个巨大的秘密——能和细胞内部及外部的其它…     

一氧化氮通过依赖和不依赖活性氧的信号途径介导桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉悬浮细胞中紫杉醇生物合成

一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)是植物体内两种常见的信号分子, 在植物抗逆反应等过程中起重要作用. NO合成和氧化迸发(oxidative burst)以及ROS积累是红豆杉悬浮细胞在桔青霉细胞壁诱导子处理下出现的两个早期反应. 为了探讨NO和ROS在桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉细胞紫杉醇合成过程中的作用及其相互关系, 分别以NO专一性淬灭剂cPITO, 一氧化氮合酶(NOS)抑制剂PBITU, 质膜NAD(P)H氧化酶抑制剂DPI以及超氧离子(O₂^-)和过氧化氢(H₂O₂)淬灭剂超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)处理红豆杉细胞. 结果表明, cPITO和DPI不仅可以分别抑制红豆杉细胞的NO合成和ROS积累, 同时还可以阻断诱导子对紫杉醇合成的促进作用, 说明NO和ROS是参与桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉细胞中紫杉醇合成调控的信号分子. cPITO和PBITU同时还可以部分抑制诱导子对红豆杉细胞氧化迸发的诱发作用. 外源NO单独处理可以促进红豆杉细胞中紫杉醇合成, DPI可以抑制NO对紫杉醇合成促进作用. 然而, 即使在红豆杉细胞中ROS积累被完全抑制的情况下, NO和桔青霉细胞壁诱导子对细胞中紫杉醇的合成仍然具有一定的促进作用. 上述结果表明, NO可以通过依赖和不依赖ROS的两类不同信号途径介导真菌诱导子诱发红豆杉细胞中紫杉醇的生物合成. 实验结果同时也表明, NO和桔青霉细胞壁诱导子对红豆杉细胞中紫杉醇合成的促进作用可以被CAT抑制, 但不受SOD的影响, 说明氧化迸发产生的H₂O₂可能是介导NO和桔青霉细胞壁诱导子诱发紫杉醇合成的信号分子.     

通道的营养控制

突触是神经细胞间的连接部位.现在知道,它们之间的联系不只是传递电信号.实验证明,在蛙交感神经节内,突触后离子通道的动力特性受到突触前传入信息性质的影响.突触化学传递的先决条件是突触后膜上有高密度的受体蛋白.神经递质与受体结合后最终可引起突触后细胞的电位反应.在突触的形成中,突触后受体的聚集似乎是由突触前神经元诱导的.在神经肌接头——一种特殊型式的突触,受体