学术聚焦
孙佳琦教授团队合作揭示RABC1蛋白在营养匮乏条件下调控植物自噬的机制
作者:邵阳   时间:2023-12-12  

近日,3344体育主页登录孙佳琦教授团队与加拿大麦吉尔大学郑环泉教授团队合作,于Developmental Cell在线发表了题为An Arabidopsis Rab18 GTPase promotes autophagy by tethering ATG18a to the ER in response to nutrient starvation的研究论文,揭示了RABC1蛋白在营养匮乏条件下能够促进ATG18a蛋白在内质网上的锚定,从而加速自噬体扩张的机制,为理解植物如何调整其内部结构以适应外部环境变化提供了全新的视角。

在近期的研究中,植物自噬作为一种关键的细胞生物学现象受到日益增长的关注。自噬作为一种细胞内部的清洁机制,有效地协助细胞分解及回收受损的细胞器和蛋白质,从而在营养不足或其他应激条件下确保细胞的存活。在植物细胞中,自噬不仅在营养重分配中发挥作用,而且在植物的生长、发育、衰老以及应对环境压力的反应中也扮演着关键角色。自噬小体主要在内质网上形成并成熟,最终脱落分离并运输到液泡中进行降解。在自噬小体与内质网的结合过程中,ATG18起着至关重要的作用,尽管其精确的调控机制仍未充分明确。

Rab GTPases作为真核细胞内最大的Ras样小GTPase家族成员,承担着调控内膜系统中各种膜运输途径的重要职责,并在植物发育、激素信号传导、细胞壁的生物合成以及应激反应中发挥着关键功能。在模式植物拟南芥中,已经鉴定出57种Rab GTPases,分为RabA至RabH八个不同的类群。其中,RABC1作为Rab GTPase家族中Rab18/RabC亚型的一员,在植物体内的功能尚未被完全揭示。

孙佳琦团队的研究发现rabc1突变体对营养匮乏胁迫的敏感度有所增加,而对内质网应激的反应则未表现出显著变化,这暗示RABC1在植物对营养压力的反应中发挥着关键作用。进一步的实验表明,RABC1与ATG18a之间的相互作用在碳饥饿条件下得到增强,而在内质网应激条件下则不显著。此外,研究还揭示了RABC1在调控ATG18a阳性自噬体生长方面的作用。在rabc1突变体中,尽管ATG18a阳性自噬体的数量增多,但其体积却更小,特别是在碳饥饿条件下。活体成像分析显示,与野生型相比,rabc1突变体中ATG18a阳性自噬体的生长速度有所减慢,这暗示RABC1在调控ATG18a阳性自噬体扩张方面发挥着重要作用。

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ATG18a标记的自噬小体的形成在rabc1突变体中受到极大影响

这种作用是通过激活状态的RABC1-GTP将ATG18a连接到内质网上实现的,而失活状态的RABC1-GDP则可能在自噬体从内质网分离的过程中发挥作用。因此,RABC1可能充当了在植物细胞中调控自噬小体与内质网结合及其后续分离的关键性分子开关。

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RABC1调控ATG18的工作模型

综上所述,这项研究不仅加深了我们对植物细胞自噬过程的理解,同时也突显了Rab GTPases在细胞内部调控机制中的复杂性和重要性。这些发现为未来探索植物生物学的新领域,特别是在作物改良和适应环境变化方面提供了新的可能性。随着对这些机制的进一步研究,我们可以期待在作物改良和可持续农业发展方面取得更多突破。

3344体育主页登录孙佳琦教授与邵阳博士为此工作共同第一作者,孙佳琦教授与加拿大麦吉尔大学郑环泉教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然基金、山东省泰山学者青年专家计划、山东省优秀青年(海外)基金等项目的联合资助。

文章链接:

https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(23)00582-8


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