華中師范大學(xué),加州大學(xué):揭示細(xì)胞極性生長調(diào)控新機(jī)制

    導(dǎo)讀:快速頂端生長是一種重要的細(xì)胞極性生長模式，表現(xiàn)為細(xì)胞的生長和伸長主要集中于頂端并形成長條形的管狀結(jié)構(gòu)，這一生長模式有助于細(xì)胞快速感知并傳遞胞外信號，與胞外進(jìn)行物質(zhì)交流，讓細(xì)胞穿透狹窄的細(xì)胞間隙并進(jìn)行長距離定向生長。 

    ELISA試劑盒報(bào)道:來自加州大學(xué)河濱分校，華東師范大學(xué)生科院的研究人員發(fā)表了題為“The REN4 rheostat dynamically coordinates the apical and lateral domains of Arabidopsis pollen tubes”的文章，揭示了網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞調(diào)控?cái)M南芥花粉管頂端膜與側(cè)面膜分子的極性分布及細(xì)胞頂端極性生長的分子作用機(jī)理。

    這一研究成果公布在Nature Communication雜志上，文章通訊作者為加州大學(xué)河濱分校楊貞標(biāo)教授，作者為華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李暉。

    快速頂端生長是一種重要的細(xì)胞極性生長模式，表現(xiàn)為細(xì)胞的生長和伸長主要集中于頂端并形成長條形的管狀結(jié)構(gòu)，這一生長模式有助于細(xì)胞快速感知并傳遞胞外信號，與胞外進(jìn)行物質(zhì)交流，讓細(xì)胞穿透狹窄的細(xì)胞間隙并進(jìn)行長距離定向生長。例如動(dòng)物神經(jīng)細(xì)胞、微生物真菌、植物根毛及花粉管等都利用頂端快速生長模式行使功能。單倍體植物花粉管細(xì)胞具有結(jié)構(gòu)簡單、生長快速、可體外培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使得其成為研究細(xì)胞頂端生長的重要模式材料。

    近年來，國內(nèi)外對調(diào)控花粉管極性生長的分子機(jī)理進(jìn)行了大量研究，研究表明植物*的分子開關(guān)Rho GTPase 家族成員ROP1介導(dǎo)的信號通路在細(xì)胞極性生長調(diào)控的過程中發(fā)揮了極其重要的作用。其中，建立和維持活性ROP1在快速頂端生長的花粉管質(zhì)膜區(qū)的動(dòng)態(tài)分布非常關(guān)鍵，但如何維持ROP1在花粉管頂端質(zhì)膜極性分布的分子機(jī)理仍不清楚。

    在這篇文章中，研究人員創(chuàng)建化學(xué)遺傳學(xué)的篩選方法并分離鑒定到ROP1增強(qiáng)子突變體ren4，發(fā)現(xiàn)在低濃度微絲去聚合化合物L(fēng)atB的作用下，突變體中花粉管頂端質(zhì)膜分布的活性ROP1的擴(kuò)展至側(cè)面區(qū)域，導(dǎo)致ren4花粉管膨大，表明了細(xì)胞骨架與REN4協(xié)同互作調(diào)節(jié)ROP1信號通路。

    REN4編碼了一個(gè)WD40結(jié)構(gòu)的Scaffold蛋白，該類蛋白介導(dǎo)了蛋白蛋白之間的互作。李暉等人通過酵母雙雜交的篩選發(fā)現(xiàn)REN4與側(cè)面膜定位的內(nèi)吞Adaptor ENTH家族成員EAP1互作，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑在花粉管中與REN4共定位于側(cè)面膜區(qū)域，且EAP1過表達(dá)減弱了REN4在側(cè)面膜上的分布，導(dǎo)致REN4抑制花粉管萌發(fā)及生長的表型得以恢復(fù)。

    REN4通過與內(nèi)吞adpator EAP1和ROP1互作激活了REN4與ROP1在頂端膜與側(cè)面膜臨界區(qū)的內(nèi)吞，維持了REN4和ROP1在花粉管質(zhì)膜中的極性分布。這些實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果也通過數(shù)學(xué)模擬模型加以證實(shí)，模型動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果表明REN4作為時(shí)空變阻器限制了頂端質(zhì)膜ROP1的時(shí)空分布并且穩(wěn)定了花粉管的頂端生長及其擺動(dòng) 。

    這項(xiàng)研究成果結(jié)合了遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和數(shù)學(xué)模擬模型等研究方法，以擬南芥花粉管為模式系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了快速頂端生長細(xì)胞的側(cè)面膜極性因子REN4和頂端膜極性因子活性ROP1互作激活網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞發(fā)生，建立并維持這些作用因子的極性分布，闡明了植物小G蛋白R(shí)OP1、細(xì)胞骨架與胞吞作用endocytosis共同形成調(diào)節(jié)花粉管極性生長的細(xì)胞與分子反饋調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這些發(fā)現(xiàn)將為研究其它物種快速頂端生長細(xì)胞的作用機(jī)理提供重要的參考和借鑒意義。上海恒遠(yuǎn)公司ELISA試劑盒感謝多年以來各位老師對本公司的大力支持，希望通過我們的不懈努力能為科研事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)！