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。

正文中引用本图/表的段落

在动物和酵母中, ESCRT-I复合体由多个亚基按照1:1:1:1的比例组成, 包括VPS23/TSG101、VPS28、VPS37和MVB12 (MVB sorting factor of 12 kDa) (Kumar et al., 2016)。酵母中, VPS23/TSG101蛋白N端包含1个泛素结合酶E2的UEV (ubiquitin E2 variant)结构域, 该结构域在泛素化蛋白胞吞过程中发挥双重作用: 通过识别ESCRT-0亚基蛋白的P[S/T]- AP基序而与ESCRT-0相关蛋白互作, 同时识别并结合泛素化的货物蛋白。VPS28则通过其C端的四螺旋结构域与ESCRT-II组分蛋白VSP36互作, 以此连接ESCRT-I与ESCRT-II (Kostelansky et al., 2007)。研究发现, 拟南芥基因组中包含3个编码ESCRT-I亚基蛋白的基因, 其编码的亚基分别为VPS23、VPS28和VPS37。每个亚基均具有2个拷贝, 依次为VPS23A、VPS23B, VPS28A、VPS28B及VPS37-1、VPS37-2 (Schwihla and Korbei, 2020) (图3A-C)。拟南芥VPS23蛋白类似于酵母和动物中的同源蛋白, 在功能上高度保守, 既可识别并结合泛素化的货物蛋白, 也可通过与VPS28及VPS37互作形成ESCRT-I复合体。而VPS23A自身的泛素化和降解依赖能与其互作的SINAT (SEVEN IN ABSENTIA OF ARABIDOPSIS THALIANA)家族蛋白(Xia et al., 2020)。目前, 针对VPS23A功能的研究发现, VPS23A蛋白的表达水平对ABA (abscisic acid)信号通路受体蛋白PYR1 (PYRABACTIN RESISTANCE1)的亚细胞定位和PYL4 (PYR1-LIKE 4)的稳定性均具有重要调控作用(Yu et al., 2016)。因此, VPS23A通过调节PYR1/ PYL4蛋白的分选与降解进而负调控ABA信号通路。更重要的是, VPS23A不仅与ESCRT-III复合体相关蛋白ALIX (ALG-2 INTERACTING PROTEIN-X)互作, 也可结合植物特有的ESCRT组分蛋白FREE1。对ALIX的研究发现, 其具有促进ABA信号受体蛋白PYR/PYL/RCAR (REGULATORY COMPONENTS OF ABA RECEPTORS)降解和控制气孔开合角度的作用, ALIX基因缺失会导致VPS23A结合ABA信号受体蛋白的能力显著降低(García-León et al., 2019)。Gao等(2014)和Belda-Palazon等(2016)对FREE1的研究表明, FREE1也参与调控ABA信号受体蛋白PYL4进入液泡的降解过程, 可见ESCRT-I及ESCRT相关蛋白对植物激素信号通路具有调节作用。进一步研究发现, VPS23A还参与植物的抗逆反应, 其通过调控SOS2 (Salt-Overly-Sensitive2)的质膜定位及SOS2与SOS3间的结合强度参与植物抵抗盐胁迫的应答过程(Yu et al., 2016)。近期, Liu等(2020)针对VPS28的研究发现, 其亚细胞定位于TGN和MVB/ PVC并在胚胎形成期高水平表达。VPS28A和VPS28B蛋白在功能上存在冗余, vps28a或vps28b突变体无明显的表型缺陷, 但是vps28a/vps28b双突变体的胚对生长素表现不敏感, 胚的发育在球型胚阶段被抑制。进一步观察发现, 双突变体的液泡形态异常, 生长素转运载体PIN1 (PIN-FORMED 1)异常积累在液泡膜(Liu et al., 2020), 表明VPS28对液泡发育及膜蛋白的内吞具有重要作用。在植物抵御病原菌侵染时, vps28b以及vps37-1突变体中flg22 (flagellin 22)诱导的受体激酶FLS2 (flagellin sensing 2)的内吞过程受到显著抑制, 突变体表现出感病性(Spallek et al., 2013), 表明ESCRT-I不仅参与调控胚胎发育、 MVB/PVC的形成和膜蛋白的内吞, 也参与调控植物激素信号通路的开关和应对细菌病原体的免疫应答过程。

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
  
• 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。