植物ESCRT复合体的功能研究进展 植物学报    2022, 57 (5): 697-712.   DOI: 10.11983/CBB22038

图1 拟南芥中内体蛋白分选转运装置(ESCRT)的作用机制及泛素化的膜蛋白内吞过程
胞外蛋白和营养物质及新合成的蛋白分别通过蛋白内吞和分泌途径进入反面高尔基体(TGN)。经泛素化修饰的膜蛋白被ESCRT复合物识别, 并以依赖ESCRT的作用机制通过内腔泡(ILVs)进入MVB/PVC内腔, MVB/PVC与液泡融合, 最终使货物蛋白进入液泡中降解, 与此同时ESCRT-III复合体在VPS4/SKD1 ATP水解酶的作用下解离, 进入下一个循环。PM: 质膜; MVB/PVC: 多囊泡体/液泡前体

正文中引用本图/表的段落

内体蛋白分选转运装置(endosomal sorting complex required for transport, ESCRT)是一个进化上高度保守且由多个亚基构成的复合体系统, 在MVB/ PVC形成及介导泛素化蛋白进入液泡降解过程中扮演重要角色(Gao et al., 2017; Isono and Kalinowska, 2017)。赵雅惠等(2017)研究发现, 在哺乳动物和酵母细胞中, ESCRT复合物均具有5个亚基, 分别为ESCRT-0、ESCRT-I、ESCRT-II、ESCRT-III和VPS4/SKD1, 每个亚基含有2-4个核心蛋白(表1)。此外, 还有多种辅助蛋白参与调节ESCRT复合物的功能。不同物种ESCRT复合物介导的泛素化蛋白降解途径可概括为以下几步: (1) ESCRT-0组分蛋白TOL识别并结合被泛素化修饰的膜蛋白; (2) 通过VPS23和VPS36的识别与结合作用, 泛素化蛋白被转移至ESCRT-I和ESCRT-II上进一步富集; (3) 通过ESCRT-II组分蛋白VPS25与ESCRT-III核心组分蛋白VPS20间的互作, ESCRT-III复合体被激活并在MVB膜上形成内陷; (4) 泛素化的膜蛋白在USP8/ Doa4作用下去泛素化后(Johnson et al., 2017)与部分MVB/PVC膜进一步内陷, 形成腔内囊泡(intraluminal vesicles, ILVs), 进入MVB/PVC内腔; (5) ESCRT-III复合体辅助蛋白招募VPS4/SKD1-LIP5复合物, 通过水解ATP将ESCRT-III复合体解聚并进入到下一个循环(图1) (夏恒传等, 2013; Gao et al., 2017; Sch?neberg et al., 2017; Schwihla and Korbei, 2020)。近年的研究发现, ESCRT复合物除介导膜蛋白降解外, 在多种其它生命活动中也发挥重要作用, 包括清理受损的核膜(Raab et al., 2016)、修复细胞膜损伤(Jimenez et al., 2014)、调控大液泡的形成(Cui et al., 2019, 2020)、参与叶绿体蛋白的选择性自噬及自噬体形成调控(Spitzer et al., 2015)和抵抗病原菌入侵等(Wang et al., 2014)。相较于哺乳动物和酵母, 模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)缺少ESCRT-0复合体亚基以及ESCRT-I组分蛋白MVB12 (Gao et al., 2017), 但这并不影响ESCRT核心蛋白之间的互作网络。更重要的是, 近年研究人员鉴定到多个植物特有的ESCRT组分蛋白: FREE1 (FYVE domain protein required for endosomal sorting 1) (Gao et al., 2014, 2015)、FYVE4 (Liu et al., 2021)、PROS (positive regulator of SKD 1) (Reyes et al., 2014)、RST1 (Resurrection 1) (Zhao et al., 2015, 2019)和BRAF (BRo1-domain protein as FREE1 suppressor) (Shen et al., 2018)。这些蛋白不仅能与保守的ESCRT组分发生互作而参与调控MVB/PVC的形成, 还参与调控植物特有的生命活动, 包括植物激素信号转导通路、应答逆境胁迫以及抵御病原菌侵染等。因此, 本文首先阐述拟南芥ESCRT复合物各亚基的互作关系和功能, 之后重点讨论植物特有的ESCRT组分蛋白的功能及作用机制, 以及它们在植物细胞生命活动中的最新研究进展, 最后对植物ESCRT研究进行展望。

本文的其它图/表

• 表1 内体蛋白分选转运装置(ESCRT)组分蛋白及其功能
  
• 图2 类TOM1 (TOL)家族蛋白与动物及酵母ESCRT-0组分蛋白的氨基酸序列比对
  横线标注区域分别表示VHS和GAT结构域。
  
• 图3 不同物种中ESCRT-I组分蛋白(VPS23 (A)、VPS28 (B)和VPS37 (C))间的氨基酸序列比对
  横线区域表示UEV结构域, 虚线框中表示氨基酸保守区域。
  
• 图4 不同物种中ESCRT-III组分蛋白(VPS2 (A)、VPS20 (B)、VPS24 (C)和SNF7 (D))间的氨基酸序列比对
  横线区域分别表示保守的CC结构域和SNF7结构域。