植物蛋白O-GlcNAc糖基化及生物学功能

蛋白质的O-GlcNAc糖基化现象发现迄今已有30多年历史.动物中,O-GlcNAc糖基化在调控细胞信号转导、基因转录、表观遗传和新陈代谢等方面发挥重要作用.而植物中,O-GlcNAc糖基化在近几年才得到关注并进行初步研究.本文对植物中O-GlcNAc修饰的糖供体合成途径、O-GlcNAc修饰关键酶、O-GlcNAc修饰蛋白的检测及功能等方面的研究工作进行归纳总结,发现O-GlcNAc糖基化在植物的生长发育、激素网络调控、信号转导、植物病毒侵染等过程均发挥重要作用,为进一步研究植物中O-GlcNAc糖基化的生物学功能提供参考.     

O-GlcNAc修饰调控软骨及成骨分化的研究进展

O-GlcNAc糖基化属于蛋白质的翻译后修饰,参与了基因转录、信号转导、细胞分化等重要的细胞生命活动。软骨细胞与成骨细胞是骨骼系统中两种重要的细胞,它们的分化对骨的形成有重要意义。近年来研究表明O-GlcNAc糖基化通过调节多个信号通路中关键分子的活性影响软骨及成骨细胞的分化。为了更好的阐明O-GlcNAc糖基化调控软骨及成骨分化的分子机制,以期为骨关节炎、骨质疏松治疗提供新的干预靶点,我们对O-GlcNAc糖基化调控软骨及成骨分化的研究现状做如下综述。     

O-乙酰氨基葡萄糖(O-GlcNAc)修饰及其生物学功能研究进展

O-GlcNAc修饰系发生在蛋白质丝氨酸、苏氨酸羟基末端连接的乙酰氨基葡萄糖上的单糖基修饰。自1984年以来,针对O-GlcNAc糖基化修饰的研究日益升温。O-GlcNAc修饰是动态变化、可调控的,满足蛋白质翻译后修饰参与信号通路的必要条件。在多数情况下,O-GlcNAc修饰与磷酸化修饰发生在蛋白质的相同氨基酸残基上,故两种修饰之间常存在竞争性抑制,亦被称之为"阴阳"制衡。O-GlcNAc修饰参与细胞内多种信号通路的调控,调节着生长、增殖、激素响应等过程,在糖尿病、神经退行性疾病和肿瘤等代谢性疾病中扮演重要角色。探究O-GlcNAc修饰及其在生理、病理状态中的作用具有极为重要的意义。     

O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响

O-GlcNAc修饰是一种特殊的糖基化修饰,几乎参与生物体内所有细胞过程的调控。该修饰与泛素化作为两种重要的蛋白质翻译后修饰形式,都与2型糖尿病、神经退行性疾病、癌症等疾病密切相关。O-GlcNAc修饰对蛋白质泛素化降解途径的影响主要体现在4个方面:(1)O-GlcNAc修饰能够抑制26S蛋白酶体的ATPase活性;(2)O-GlcNAc修饰会减少某些底物蛋白的泛素化降解;(3)O-GlcNAc修饰泛素化相关酶并调节其功能;(4)某些蛋白质(包括调控因子)发生O-GlcNAc修饰后间接影响蛋白质泛素化。     

蛋白质O-GlcNAc修饰的检测技术

O-连接的N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）修饰是位于细胞浆和细胞核蛋白质的丝氨酸或苏氨酸上的一种翻译后修饰,在高等真核生物细胞中广泛存在.越来越多的研究表明,O-GlcNAc修饰在代谢调控、压力应激、细胞周期、凋亡、糖尿病、心血管疾病和癌症等多种生理和病理过程中发挥重要作用,因此, O-GlcNAc修饰已受到众多生命科学领域研究人员的关注.然而,由于O-GlcNAc修饰与传统的N聚糖和O聚糖修饰有所不同,常规糖基化修饰的检测方法并不适用于O-GlcNAc.本文对O-GlcNAc修饰的检测及其修饰位点的确定方法进行了综述,并分析了各种方法的优缺点.     

蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰对tau蛋白磷酸化修饰的影响

蛋白质的O位N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)糖基化修饰是一种新近发现的广泛存在于细胞核蛋白与细胞浆蛋白的蛋白质翻译后修饰.其性质与经典的膜蛋白和分泌蛋白的糖基化修饰不同,而与蛋白质磷酸化修饰更相似.O-GlcNAc糖基化和磷酸化均修饰tau蛋白的丝氨酸和苏氨酸残基,通过改变O-GlcNAc糖基化供体底物浓度以及其关键酶活性等方法,改变分化后成神经细胞样的PC12细胞中的蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰水平,然后用特异性识别不同位点磷酸化的tau蛋白抗体,进行蛋白质印迹分析来检测tau蛋白磷酸化水平的变化.结果发现细胞内蛋白质O-GlcNAc糖基化对tau蛋白磷酸化的影响,在不同的磷酸化位点其影响不同.增加蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰导致tau蛋白大多数磷酸位点的磷酸化水平降低,反之亦然.这些结果说明,tau磷酸化在大多数位点受到O-GlcNAc糖基化修饰的负性调节.这一研究为阐明调节tau蛋白磷酸化水平的机理和阿尔茨海默病脑中tau异常过度磷酸化的分子机制提供了新的线索.     

O-连接的N-乙酰葡糖胺糖蛋白的研究进展

O-连接的N-乙酰葡糖胺(O-GlcNAc)修饰是普遍存在的翻译后修饰.已有许多的蛋白被发现是O-GlcNAc蛋白.目前,许多分析方法可以检测O-GlcNAc,将其从内膜系统的多种糖基化中区分出来.O-GlcNAc修饰在细胞事件中发挥着重要的功能,O-GlcNAc的调控异常可能会引起某些人类疾病,如癌症、阿尔茨海默病和II型糖尿病.杆状病毒GP41蛋白也是糖蛋白,它介导芽殖型病毒粒子(budded virus,BV)的核衣壳通过胞核.O-GlcNAc的调控研究为探讨GP41蛋白O-GlcNAc的调控作用提供了参考模式.     

O-GlcNAc修饰与肿瘤发生及转移

O-连接的β-N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）修饰是一种广泛存在于细胞浆和细胞核蛋白质丝/苏氨酸上的动态、可逆的翻译后修饰. 这种修饰与经典的糖基化不同而类似于磷酸化修饰,它在生命过程中发挥重要的调节作用. O-GlcNAc修饰作为潜在的营养感受器,可以调节转录、代谢等众多细胞进程,并与癌症等人类重大疾病密切相关. 本文主要综述了O-GlcNAc修饰与肿瘤形成和转移的关系,并对O-GlcNAc促进肿瘤形成与转移的潜在分子机制进行了探讨.     

蛋白质O-GlcNAc糖基化及其细胞生物学功能

糖基化是蛋白质翻译后修饰的一项重要内容,大多数蛋白质糖基化发生在细胞膜表面,且糖链结构复杂。而发生在细胞浆与细胞核内的、单个O-GlcNAc修饰的蛋白质糖基化现象,因其独特的细胞定位、糖链连接方式以及重要的生物学调控作用而日益成为糖生物学领域研究的热点。现对蛋白质O-GlcNAc修饰及其细胞生物学功能研究进展情况进行综述。     

亚洲玉米螟的O-β-N-氨基乙酰葡萄糖基水解酶 (OfOGA)的基因克隆及重组表达

O-GlcNAc修饰作用是一种普遍存在的动态可逆的糖基化修饰作用,由O-GlcNAc转移酶(OGT)与O-GlcNAc水解酶(OGA)负责调控。以亚洲玉米螟5龄幼虫为对象,克隆获得了全长O-GlcNAc水解酶(OfOGA)基因,其长度为3 541bp,其中5’-非编码区的长度为241bp,编码区的长度为3 165bp,3’-非编码区的长度为132bp;实现了OfOGA在原核表达载体中的重组表达。重组OfOGA由1 055个氨基酸构成,理论分子量118kDa,但SDS-PAGE电泳显示其实际分子量为130kDa。重组OfOGA的最适pH为5.5,最适温度为50℃。亚洲玉米螟OfOGA基因的获得与表达有助于理解OGA在昆虫生长发育中的作用,提供可能的生物防治靶标。     

植物对盐胁迫响应的信号转导途径

植物通过调控复杂的信号网络来应对盐胁迫。近年来,随着植物基因工程技术的发展,对植物在盐胁迫下信号转导系统的研究取得了一定进展。本文以拟南芥为代表,对盐胁迫下参与调控植物耐盐生理响应的两大类主要信号转导途径——Ca2＋依赖型信号转导通路和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）级联反应途径的研究进展进行综述,主要介绍参与各信号转导通路的组件及诱发的耐盐生理响应等方面,并对该研究领域存在的问题及今后可能的研究方向进行展望。     

植物的环境信号分子茉莉酸及其生物学功能

茉莉酸信号分子参与植物生长发育众多生理过程的调控,尤其是作为环境信号分子能有效地介导植物对生物及非生物胁迫的防御反应。迄今已知具有信号分子生理功能的至少包括茉莉酸(jasmonic acid,JA)以及茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,Me JA)和茉莉酸-异亮氨酸复合物(jasmonoyl-isoleucine,JA-Ile)等茉莉酸衍生物,统称为茉莉酸类化合物(jasmonates,JAs)。从环境信号分子角度介绍了茉莉酸信号的启动(环境信号感知与转导、茉莉酸类化合物合成)、传递(局部传递、维管束传输、空气传播)和生物学功能(茉莉酸信号受体、调控的转录因子、参与的生物学过程)。     

ROPs:植物细胞内多种信号通路的分子开关

植物RHO相关蛋白GTPases(RHO-related GTPases of plants, ROPs)是广泛存在于植物中的一类信号转导G蛋白(又称GTP结合蛋白),其通过结合GDP或GTP在非活性和活性状态间进行切换,进而在细胞极性控制、形态发育、激素水平调控、逆境反应等诸多植物生命活动的信号转导过程中扮演重要的分子开关角色。本文对ROP蛋白的结构域及基于蛋白质结构分类进行了介绍,并对拟南芥、玉米、水稻和大麦中的ROP家族蛋白质进行了系统进化分析。分析结果表明,这些植物中的ROP蛋白根据蛋白质结构域组成可分为Ⅰ类(typeⅠ)和Ⅱ类(typeⅡ)两种类型,而根据蛋白质序列的保守性可将其在植物中的ROP蛋白划分为4个进化枝。本综述不但对ROP蛋白作为分子开关在细胞内调控各种信号通路的机制进行了叙述,还对ROP在花粉管、根毛及植物表皮铺盖细胞极性发育,以及其他抗逆反应中的具体作用和机制及研究进展进行了阐述。本文还对ROP蛋白在ABA、IAA、BR等植物激素信号传导过程中的调控作用及研究进展进行了阐述。本文对植物ROP蛋白研究过程中尚未解决的问题,例如不同的ROP蛋白在同一个信号通路中的作用为何如此不同,以及ROP是如何协调不同的信号通路以共同调控一个植物发育或者生理过程等问题进行了总结,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望。     

Gene regulation and signal transduction in the ICE–CBF–COR signaling pathway during cold stress in plants

Low temperature is an abiotic stress that adversely affects the growth and production of plants. Resistance and adaptation of plants to cold stress is dependent upon the activation of molecular networks and pathways involved in signal transduction and the regulation of cold-stress related genes. Because it has numerous and complex genes, regulation factors, and pathways, research on the ICE–CBF–COR signaling pathway is the most studied and detailed, which is thought to be rather important for cold resistance of plants. In this review, we focus on the function of each member, interrelation among members, and the influence of manipulators and repressors in the ICE–CBF–COR pathway. In addition, regulation and signal transduction concerning plant hormones, circadian clock, and light are discussed. The studies presented provide a detailed picture of the ICE–CBF–COR pathway.     

Regulation and integration of plant jasmonate signaling: a comparative view of monocot and dicot

The phytohormone jasmonate plays a pivotal role in various aspects of plant life, including developmental programs and defense against pests and pathogens. A large body of knowledge on jasmonate biosynthesis, signal transduction as well as its functions in diverse plant processes has been gained in the past two decades. In addition, there exists extensive crosstalk between jasmonate pathway and other phytohormone pathways, such as salicylic acid (SA) and gibberellin (GA), in co-regulation of plant immune status, fine-tuning the balance of plant growth and defense, and so on, which were mostly learned from studies in the dicotyledonous model plants Arabidopsis thaliana and tomato but much less in monocot. Interestingly, existing evidence suggests both conservation and functional divergence in terms of core components of jasmonate pathway, its biological functions and signal integration with other phytohormones, between monocot and dicot. In this review, we summarize the current understanding on JA signal initiation, perception and regulation, and highlight the distinctive characteristics in different lineages of plants.     

Phosphate transport and signaling

The discovery of phosphate (Pi) transporter genes has provided a basis for the molecular study of the complex pattern of Pi transport in plants. Over the past two years, a significant amount of information has been generated on the molecular regulation of phosphate transport in plants. Recent developments in plant genomics will soon allow the complete dissection of the signal transduction pathway(s) associated with plant responses to Pi limitation in the rhizosphere.     

Neutrophils exhibit rapid agonist-induced increases in protein-associated O-GlcNAc

A variety of cytoplasmic and nuclear proteins can be modified on serine and threonine residues by O-linked beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAc), although the effects of this modification on protein and cellular functions are not completely defined. The sugar donor for the O-GlcNAc transferase that catalyzes this post-translational modification is UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc), a product of the hexosamine biosynthesis pathway (HBP). Here, the dynamics of the O-GlcNAc modification are examined in the physiological context of agonist-induced signal transduction using neutrophils. Formylated Met-Leu-Phe (fMLF) is shown to stimulate a rapid and transient increase in protein O-GlcNAcylation in both immunoblot and immunofluorescence imaging assays using O-GlcNAc-specific antibodies. In high performance liquid chromatography analyses of HBP metabolic activity, short term exposure to an exogenous substrate of the HBP, glucosamine (GlcNH(2)), leads to increased GlcNH(2) 6-phosphate and then UDP-GlcNAc levels. The GlcNH(2) treatments also increase O-GlcNAcylation and augment the aforementioned fMLF-associated increase. In functional assays, GlcNH(2) pre-treatment selectively augments fMLF-induced chemotaxis but has little effect on respiratory burst activity. Furthermore, augmenting levels of O-GlcNAc in the absence of agonist is sufficient to stimulate chemotaxis. These data demonstrate that neutrophils possess a functionally significant O-GlcNAcylation pathway that is robustly induced by stimulation with agonist. We propose that O-GlcNAcylation plays an important role in rapid and dynamic neutrophil signal transduction, especially with respect to chemotaxis.     

植物褪黑素研究进展

褪黑素最初是在动物中发现的一种吲哚类小分子,具有昼夜节律调节、清除自由基等多种生理功能,还具有改善睡眠的保健作用。后来在植物中也检测到了褪黑素,这表明植物也能合成褪黑素。随着对植物褪黑素的深入研究,发现褪黑素在调控植物生长发育、耐受干旱、高温、低温、高盐、重金属等非生物胁迫、抵御细菌和真菌病害方面具有重要作用。从植物褪黑素合成途径、生长发育调控和胁迫应答反应方面的研究进展进行了综述,以期为植物褪黑素研究提供参考。     

植物水孔蛋白研究进展

水孔蛋白是植物重要的膜功能蛋白,不仅介导植物各组织间水分的高效转运,还参与植物体内其他物质的跨膜转运,同时在植物光合作用、生长发育、免疫应答以及信号转导等生理过程中也发挥重要作用。本文主要综述了植物水孔蛋白结构特征和分类,多种生理功能,以及其转录水平和转录后水平活性调节等方面的最新研究进展,并就如何系统全面地开展水孔蛋白参与植物生长发育过程的分子调控机制研究提出展望。植物水孔蛋白的深入研究有助于阐明植物体内物质转运的分子机理及其生理作用机制,对指导农业生产中作物的生长发育调控有重要理论意义。     

从水分胁迫的识别到ABA积累的细胞信号转导

由于植物在生长和发育过程中不可避免地要遭受各种环境胁迫的影响 ,植物只有通过对环境胁迫的快速感知和主动反应才得以生存和发展。植物这种对环境胁迫的快速感知和主动反应体现在环境胁迫下植物可以通过一系列基因的表达调控来实现各种抗逆的生理生化反应。虽然得以鉴定的水分胁迫应答基因越来越多 ,但其中只有极少的基因在抗逆中的基本功能已得到初步认识。从细胞对水分胁迫原初信号的感知到基因表达调控包括了一系列复杂的细胞逆境信息传递过程。脱落酸 (abscisicacid ,ABA)作为重要的细胞逆境信号物质介导了一系列基因表达 ,因此从细胞对水分胁迫原初信号的感知到编码ABA生物合成关键酶基因的表达是一条最为关键的细胞逆境信息传递途径。逆境应答基因功能的鉴定以及对整个细胞信号传递过程中详尽的分子机制的了解无疑是今后最有趣的也是最为重要的研究课题。