近期，研究人員揭開了寄生植原體細菌的復(fù)雜分子機制，這種細菌以在植物中誘導(dǎo)“僵尸”狀態(tài)而聞名。這一詳細的揭示為生物技術(shù)甚至生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的突破性應(yīng)用開辟了新的視野。
John Innes中心Saskia Hogenhout教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊與Sainsbury實驗室合作，利用X射線晶體學(xué)揭示了SAP05的結(jié)構(gòu)和功能機制。該分子在橋接植物細胞內(nèi)兩種不同成分方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
這一發(fā)現(xiàn)為自然界的一種奇特現(xiàn)象提供了新的線索——這一現(xiàn)象就是“女巫掃帚”（又稱：叢枝病），即植物莖、葉因植原體細菌而增殖，從而導(dǎo)致枝葉生長過于濃密。
這種昆蟲傳播的細菌會引發(fā)紫菀黃病等疾病，顯著降低全世界范圍內(nèi)的葉類作物的產(chǎn)量，包括油菜、生菜、胡蘿卜、葡萄樹、洋蔥以及各種觀賞植物和蔬菜作物。
Hogenhout小組之前的研究揭示了細菌蛋白SAP05如何通過劫持蛋白酶體的分子機制來操縱植物。蛋白酶體分解并回收植物細胞內(nèi)不再需要的蛋白質(zhì)。SAP05劫持了這一過程，導(dǎo)致調(diào)節(jié)生長和發(fā)育的蛋白質(zhì)被分配到26S蛋白酶體的分子回收中心。
而本項研究的研究重點在于從結(jié)構(gòu)層面上探討這一過程是如何發(fā)生的：SAP05有效破壞了分子回收途徑，充當了連接其兩個細胞靶標（轉(zhuǎn)錄因子和蛋白酶體）的支架。
令人驚訝的是，SAP05的結(jié)合方式使其能夠選擇性地處理發(fā)育性蛋白質(zhì)，同時有策略地保留其植物宿主生存至關(guān)重要的相關(guān)功能。
約翰·英尼斯中心（John Innes Centre）的小組組長、研究小組負責人Hogenhout教授解釋道：“我們現(xiàn)在知道了這種復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，以及蛋白質(zhì)如何與兩個細胞成分結(jié)合以形成短路。SAP05在參與植物生長過程的同時，不會擾亂其他重要功能與過程，植物在進化過程中能產(chǎn)生這樣的機制實在是太神奇了。”
通常在植物和所有多細胞生物中，蛋白酶體中蛋白質(zhì)的循環(huán)依賴于一種被稱為泛素的分子。
通過縮短這一過程，SAP05提供了一種執(zhí)行蛋白質(zhì)降解的新方法，該方法不僅可以滿足自身的寄生目的，還完全獨立于泛素。
這一發(fā)現(xiàn)也預(yù)示了一些有趣的可能性。研究人員對SAP05的復(fù)雜性、精密性及其在生物技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景感到驚訝。
論文第一作者Qun Liu表示：“通過研究我們發(fā)現(xiàn)，SAP05的一側(cè)與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，另一側(cè)與26S蛋白酶體結(jié)合，這非常奇妙，也讓我們十分驚訝。”
了解這種細菌機制如何在結(jié)構(gòu)水平上與細胞相互作用后，現(xiàn)在研究人員可以設(shè)計與SAP05相似的分子，這些分子可以用于去除不需要的蛋白質(zhì)，例如病原體效應(yīng)子或病毒，從而對治療、研究和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生積極影響。
SAP05效應(yīng)蛋白的研究工作仍在歐洲研究委員會（ERC）的資助下繼續(xù)進行，該項目由 Hogenhout教授領(lǐng)導(dǎo)，旨在研究新型靶向蛋白降解（TPD）技術(shù)。
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