遺傳發育所揭示受體蛋白激酶的內質網分選機制

　　內質網是細胞內負責分泌蛋白合成、折疊和分選的細胞器。不同的分泌蛋白在正確折疊后被分選和運輸到高爾基體或液泡等不同下游細胞器，進行進一步修飾、分選等過程。蛋白的分選是維持細胞穩定的基本機制之一，該機制保證了正確折疊的蛋白在正確的時間被運輸到正確的位置。蛋白的分選發生異常，會導致細胞的穩態出現紊亂。新生的蛋白在內質網腔內，被分子伴侶識別和幫助折疊，而定位在內質網胞質面的蛋白分選機器負責分選囊泡的形成和運輸。在這一過程中有兩個未解的科學問題：正確折疊的蛋白的信息如何傳遞給分選機器；不同的分泌蛋白的特異性分選機制是什么。 

　　前期，中國科學院遺傳與發育生物學研究所楊維才研究組在擬南芥中發現了一個定位于內質網的蛋白POD1與內質網分子伴侶CRT3互作，調控花粉管對胚囊信號的響應（Li et al. 2011, Plant Cell）。最新研究發現，POD1-CRT3與三個內質網膜蛋白SUN3/4/5形成蛋白復合體。研究進一步發現sun3/4/5突變體植株根系變短、株高降低，花粉管的生長和導向缺陷導致角果敗育，與pod1的表型類似。CRT3之前被報道負責將錯誤折疊的受體蛋白激酶bri1-5和bir1-9滯留在內質網內，因此研究觀察了BRI1-GFP在sun3/4/5中的定位，相較于其在野生型中的質膜定位，sun3/4/5中BRI1-GFP定位于酸性囊泡。將bri1-5和bri1-9引入sun3/4/5后，加重bri1-5、bri1-9表型，表明BRI1的正確定位依賴SUNs。 

　　BRI1屬于LRR-RLK家族蛋白，那么SUNs是否調控其他LRR-RLK蛋白的分選？在植物生殖過程中，LRR-RLK家族蛋白在花粉管的生長及導向過程中發揮重要作用，如PRK2、PRK3、MDIS1等。在sun3/4/5花粉管中，這些受體蛋白激酶均定位于酸性囊泡中，藥物處理顯示這些酸性囊泡形成依賴prevacuolar compartment（PVC）途徑。為了進一步證明SUNs對于LRR-RLK分選的調控機制，將PRK2-GFP的LRR結構域去掉，在野生型和sun3/4/5花粉管中，蛋白均被分選到酸性囊泡。將PRK2-GFP的胞外域去掉，只保留信號肽和跨膜域前20個氨基酸，在野生型和sun3/4/5花粉管中，蛋白均定位于質膜。將PRK2的胞外域連接到跨膜蛋白Lit6b的N端，GFP-PRK2^ECD-Lti6b在野生型花粉管中定位于細胞膜，而在sun3/4/5花粉管中定位于酸性囊泡，表明LRR結構域決定LRR-RLK的SUN介導的分選過程。該研究揭示了一個調控受體蛋白激酶的內質網分選的分子機制。 

　　5月16日，相關研究成果以POD1-SUN-CRT3 Chaperone Complex Guards the ER Sorting of LRR Receptor Kinases in Arabidopsis為題，在線發表在《自然-通訊》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-022-30179-w）上。研究工作得到國家自然科學基金的支持。