清华黄善金实验室发文阐明微丝骨架调控胞间物质运输的作用机制

  胞间连丝是植物细胞特有的结构,是植物细胞间物质运输的通道,在植物生长发育以及与周围环境的相互作用的过程中起着重要的作用。胞间连丝的通透性必须受到精确的调节,但植物如何对胞间连丝的通透性实现严格调控目前还了解甚少。已有的研究表明微丝骨架参与调控胞间连丝的通透性,但潜在的作用机制并不清楚。相关的研究进展缓慢,主要有以下两方面的原因。第一,由于胞间连丝结构小且深埋于细胞壁中,目前缺乏有效的手段对胞间连丝处的微丝骨架进行直接观察。第二,由于一些微丝骨架成分共存于细胞质和胞间连丝,目前缺乏有效的手段对胞间连丝处的微丝骨架动态组装进行特异操作。从这个角度看,发现特异定位于胞间连丝处的微丝骨架成分并对其进行遗传操作,将对阐明微丝骨架在胞间连丝处的功能和作用机制有很大的帮助。

  该研究发现拟南芥formin家族成员AtFH2通过其氨基端的跨膜结构域特异定位于胞间连丝处。AtFH2功能缺失增加了胞间连丝的通透性。体外生化分析发现AtFH2缺乏该家族成员典型的微丝成核活性,但保留了和微丝正端互作的特性,并具有稳定微丝的活性。研究证明AtFH2和微丝互作的活性对于其调控胞间连丝通透性的功能是必要的。

  据此推测,AtFH2在胞间连丝处通过其氨基端的跨膜结构域定位于胞间连丝处的膜上,然后通过其羧基端的formin同源结构域FH1FH2与微丝正端结合。该研究表明胞间连丝处微丝的含量或稳定性对于调控胞间连丝通透性具有重要作用。

  该研究还发现单子叶植物水稻的一些formin家族成员也定位于胞间连丝处,表明通过formin控制胞间连丝处微丝骨架的动态组装进而调控胞间连丝通透性的机制在高等植物中具有普遍性。

  论文的第一作者为黄善金课题组的工作人员刁敏博士,通讯作者为黄善金研究员。该研究得到了清华大学生命科学学院刘玉乐教授实验室的帮助以及国家自然科学基金委和清华大学的资助。

  清华大学生命学院戚益军研究组在《发育细胞》期刊发表了题为《拟南芥ARGNAUTE1在植物响应激素和胁迫过程中结合染色质并促进基因表达》的研究论文,报道了拟南芥AGO1在植物响应不同内外源信号过程中促进基因转录的全新功能。

  12月5日,清华大学生命科学学院颉伟研究组在《自然-遗传》期刊以长文形式发表了题为《小鼠早期胚胎发育谱系分化过程中表观基因组动态调控》的研究论文,系统报道了哺乳动物早期谱系分化过程中表观遗传信息是如何建立和动态调控的。

  11月28日,清华大学生命科学学院刘万里研究组在《细胞报道》期刊发表题为《磷脂酰肌醇4,5-二磷酸和磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸平衡以及胞质分裂作用因子2蛋白的招募和活化调控B细胞抗原受体微簇体成熟》的研究论文,报道介导B细胞受体微簇体成熟的精细分子机制,揭示B细胞受体跨膜信号转导和B淋巴细胞活化新机制,为相关免疫疾病的研究提供新的理论依据。

  10月19日,清华大学生命科学学院隋森芳教授研究组在《自然》(Nature)期刊上在线发表题为《海洋红藻藻胆体的结构》的研究论文,首次报道世界上第一个完整藻胆体的近原子分辨率的冷冻电镜三维结构,为揭示藻胆体的组装机制和光能传递途径奠定了重要基础。

  10月3日,清华大学生命科学学院王宏伟教授领导的研究组在《结构》(Structure)期刊在线发表题为《利用球差矫正冷冻电镜和电压相位板技术在过焦状态下解析近原子分辨率蛋白结构》的冷冻电镜方法学研究论文。该研究成果首次提出并使用过焦成像技术获得高分辨蛋白质结构,是冷冻电镜成像理论方面的新方法,同时也为球差矫正技术和相位板技术在生物冷冻电镜领域的应用提供了新思路。

  北京时间9月23日凌晨,孙前文实验室在植物学世界知名期刊《植物细胞》(The Plant Cell)在线发表题为“核糖核酸酶H与DNA解旋酶协作以限制拟南芥叶绿体R环水平并且维持基因组稳定性,的研究论文,首次报道了叶绿体基因组稳定性受到R-loop影响的分子机制。

  9月15日,清华大学生命学院施一公教授研究组于《细胞》(Cell)杂志就剪接体的结构与机理研究再发最新成果,题目为《酿酒酵母内含子套索剪接体的结构》,该文报道了RNA剪接循环中剪接体最后一个状态的高分辨率三维结构,为阐明剪接体完成催化功能后受控解聚的分子机制提供了结构基础,从而将对RNA剪接(RNA Splicing)分子机理的理解又向前推进了一步。

  7月13日,清华大学生命科学学院颉伟研究组在《自然》期刊(Nature)上发表了题为《哺乳动物早期胚胎发育过程中染色体三维结构的亲本特异重编程》(Allelic reprogramming of 3D chromatin architecture during early mammalian development)的研究论文,系统报道了哺乳动物染色体三维结构在着床前胚胎发育过程中的动态重编程过程。

  6月8日,清华大学生命学院颜宁研究组在《细胞》(Cell)期刊在线发表了题为《人源脂类外向转运蛋白ABCA1的结构》(Structure of the Human Lipid Exporter ABCA1)的研究论文,首次报道了胆固醇逆向运输过程中的关键蛋白ABCA1近原子分辨率的冷冻电镜结构,为理解其作用机制及相关疾病致病机理奠定了重要基础。

  2月8日和14日,清华大学生命科学学院杨茂君教授研究组与多个研究组合作分别在《物理化学化学物理》发表题为《通过温控电子自旋共振以及量子计算研究酵母Ndi1反铁磁式电子传递机理》和《药物化学》发表题为《通过结合小分子的恶性疟原虫PfNDH2的晶体结构获得药物靶点以治疗耐药性疟疾》的研究论文。

  1月9日,清华大学生命科学学院李雪明课题组在《结构和分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)杂志在线发表题为《细菌II型分泌系统的分泌素结构及其工作机制》(Structural Insights into Secretin Translocation Channel in Type II Secretion System)的研究论文,该工作通过冷冻电镜的研究手段首次揭示了细菌II型分泌系统外膜复合物GspD分泌素通道的原子分辨率结构以及通道的半开放状态结构,结合相应的生化实验,阐述了底物通过II型分泌系统分泌素的分泌机理。

  11月8日,清华大学柴继杰课题组在《细胞研究》(Cell research)杂志在线发表题为“十字花科植物自交不亲和反应的结构生物学研究(Structural basis for specific self-incompatibility response in Brassica)”的论文,首次在原子层面揭示了十字花科植物自交不亲和反应的分子机制。

  清华生命学院杨茂君研究组首次报道线日,清华大学生命学院杨茂君教授研究组在《自然》(Nature)期刊发表题为《哺乳动物呼吸体结构》(The architecture of the mammalian respirasome)的研究长文(Article),首次报道了迄今为止分辨率最高的线粒体呼吸链超级复合物——呼吸体的冷冻电镜三维结构。

  清华大学生命科学学院教授、清华-北大生命科学联合中心研究员王宏伟领导的研究组,在2016年7月出版的《细胞研究》(Cell Research)发表题为《酵母细胞质RNA外切体复合物的冷冻电镜结构》(CryoEM Structure of Yeast Cytoplasmic Exosome Complex)的研究论文。该实验室曾于2009年和2014年分别在PNAS和NSMB杂志上报道十亚基RNA外切体Exosome复合物的多构象负染结构以及其内部的多条RNA降解通路等研究成果。本论文承前拓展,揭示了在酵母细胞质中内源性外切体复合物(Exo-Ski7)的RNA-free和RNA-bound两种构象,并报道了分辨率分别为4.2埃和5.8埃的冷冻电镜三维结构。

  5月27日,清华大学柴继杰研究组与北京大学郭红卫教授研究组合作,在《细胞研究》上发表论文《模式序列指引下发现调控植物根分生组织生长的肽激素受体》(Signature motif-guided identification of receptors for peptide hormones essential for root meristem growth),揭示了植物重要肽类激素-根分生组织生长因子(RGFs)的受体是位于植物细胞膜表面的五个受体激酶RGFRs,另一类受体激酶SERKs作为共受体参与RGF信号的传递,阐明了RGF的识别和受体激活的分子机制,并提出了植物小肽激素受体识别密码。

  5月16日,生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志在线发表了题为“合成镜像生物分子系统实现遗传信息复制与转录”的论文。该论文首次通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤。Nature在线新闻同步报道并评述了该研究。