植物的光敏色素与光信号转导

介绍了近年来植物光敏色素与光信号转导的研究进展。     

光敏色素分子及其信号转导途径

作为植物体内的一种光受体,光敏色素在植物的光形态建成过程中意义重大。植物光敏色素及由它介导的信号传导途径是目前细胞生物学、发育生物学和分子生物学研究的热点之一。本文介绍了光敏色素的分子特性、生理功能和信号转导途径等方面的研究进展。     

光敏色素与光调控

生物体的新陈代谢和生长发育主要受遗传信息及环境信息的调控,遗传信息规定了个体发育的潜在模式,但它的实现在很大程度上受控于环境信息。光作为主要的环境因子,不仅提供光合作用所需的能量,而且触发植物形态变化、质体分化、新陈代谢等重要反应(统称为光形态建成)。光形态建成至少与四个不同类型光受体相关:光敏色素、蓝光受体、UV-A受体、UV-B受体,其中研究最深入的当属光敏色素。自1983年Vierstra和Quail分离到完整的光敏色素蛋白质以来,科学家相继对光敏色素的分子种类、生物合成与调控及生理机制展开了广泛深入的研究,并且取得了令人瞩目的进展。时至今日,随着新方法、新技术的应用,从光敏色素感受光刺激到基因在细胞核中表达,再到光形态建成的整个信号传递途径已逐步为人们所认识,许多与光敏色素调节有关的顺式因子及相应的DNA结合蛋白也已被确定。功能研究发现,没有哪一个反式作用因子在光调节的表达中单独起作用,可见光敏色素调控的基因表达是相当复杂的。本文拟就光敏色素分子、光敏色素基因家族、光敏色素所激活的信号传递途径及光敏色素与基因表达的关系等方面做一综述。     

植物的光敏色素

光敏色素作为植物体内的一种光受体,在植物的光形态建成过程中意义重大,本文对光敏色素的分子特性,生理功能,作用方式及基因表达调控等方面的研究作系统的总结。     

光敏色素分子特性及其信号转导机制

结合生物物理、分子遗传学和细胞生物学的方法已证实,光敏色素信号转导是一个空间分布的、非线形信号传递链。尤其是最近又发现了不同种类的光敏色素分子及其它们在Pr、Pfr光转换中产生的中间体,不仅说明了光敏色素信号转导链是一个多维的信号网络,而且这也暗示着光转换中产生的中间体也直接参与了早期的信号转导。在此,综述了光敏色素分子光转换及其早期信号转导的若干新进展,讨论光敏色素原初光反应及其信号转导的机制。     

光敏色素通过差异调节且相互作用的信号转导途径调控高等植物的光形态建成

近 1 0年来科学家们已经揭示 :不同种类的光敏色素ｐｈｙＡ～ｐｈｙＥ是由一个小的基因家族编码的 ,它们具有不同的生理调节功能。以光敏受体的突变体证明了 ,它们之间有互相作用的网络 :ｐｈｙＡ对ｐｈｙＢ、ｐｈｙＢ对ｐｈｙＢ、隐花色素 1 (ｃｒｙ 1 )对ｐｈｙＢ、ｐｈｙＡ对ｐｈｙＤ有正效应 ,ｐｈｙＡ和ｐｈｙＢ之间互有负效应 ,ｃｒｙ2对ｐｈｙＢ也有负效应。最近的研究表明 :ｃｒｙ1和ｐｈｙＡ、ｃｒｙ2和ｐｈｙＢ之间有直接的相互作用 ,有一种Ｃａ2 +结合蛋白ＳＵＢ1参与ｃｒｙ和ｐｈｙ的协同作用。红光和白光能诱导各种ｐｈｙ从细…     

孕烷X受体的翻译后修饰及其功能调控作用研究进展

孕烷X 受体（PXR）是一类配体依赖性的核受体亚家族,可感受外源物质,被多种药物激活。PXR 可转录调控多种与药物代谢 相关的药物代谢酶和药物转运体的表达,参与药物代谢调控。PXR 转录活性的变化可改变药物在体内的代谢过程,继而诱发潜在药物不 良反应,与药物药代动力学研究和临床药物治疗密切相关,并有潜力成为防治药物介导的肝损伤和逆转化疗药物耐药的新型药物靶标。 综述了目前已发现的PXR 翻译后修饰及其对PXR 功能调控机制的研究进展。     

超氧化物歧化酶翻译后修饰的研究进展

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是生物体内存在的一种抗氧化金属酶,它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧(O₂)和过氧化氢(H₂O₂),在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用,且与很多疾病的发生、发展密不可分。对SOD的活性调节一直是研究热点,大多数研究都集中在转录水平(基因表达)和翻译水平(酶蛋白合成)两个方面。随着研究的深入,发现蛋白质翻译后修饰(PTM)对SOD的酶活性有重要影响。近年来,研究蛋白质翻译后修饰对SOD的酶活性的影响越来越受到重视。总结了硝基化、磷酸化、S-谷胱甘肽化、糖基化、乙酰化、次磺酸化、亚磺酸化、SUMO化等几种SOD翻译后的修饰方式,讨论了修饰后对SOD酶活性的影响和生理意义,并对SOD翻译后修饰的发展及面临的挑战进行了展望,为相关疾病的研究、治疗及靶向药物的研制提供了理论基础。     

植物光敏色素入核机理的研究进展

光敏色素是植物感受外界环境变化的重要光受体,它对植物的生长发育具有重要的调控作用。在介绍植物光敏色素分子结构的基础上,对不同光敏色素的入核机理以及核内定位进行了综述,并根据最新研究进展对光敏色素入核机理进行了展望。     

翻译后修饰调控TRPV亚家族通道功能的研究进展

瞬时受体势(transient receptor potential,TRP)通道广泛分布于神经和非神经系统中,响应温度、化学和机械等多种刺激,在机体对外界环境的精确感知中发挥重要功能.根据蛋白质序列的相似性,哺乳动物中TRP通道家族的27个成员分属TRPA、TRPC、TRPM、TRPML、TRPP和TRPV 6个亚家族.其中TRPV亚家族包含了6个成员,分别为温度敏感型的TRPV1～4通道,以及对Ca²⁺具有高选择通透能力的TRPV5和TRPV6通道.研究结果表明,TRPV亚家族通道参与调控细胞内的离子稳态和信号传导,在温度感知和血管扩张等生理过程中发挥作用,并与癌症、心血管等多种疾病的发生和发展密切相关.翻译后修饰(post-translational modifications,PTMs)是翻译中或者翻译后在蛋白质特定氨基酸上添加或删减修饰官能团的过程.越来越多的研究结果表明,TRPV亚家族通道同样可以发生翻译后修饰,并对通道功能产生重要影响.本文综述了目前已报道的磷酸化、糖基化、泛素化、SUMO化和共价修饰等多种翻译后修饰调控TRPV亚家族成员功能的主要研...     

脂多糖信号通路中的蛋白质修饰

革兰氏阴性细菌外膜中的脂多糖,又称内毒素,感染宿主后可导致脓毒症、脓毒性休克和多器官功能障碍综合症. 脂多糖借助信号转导通路诱发宿主的应答,刺激免疫细胞产生大量具有致热效应的炎性细胞因子,引起免疫系统的过度活化. 近年来,研究脂多糖受体TLR4及其信号转导在先天免疫和获得性免疫中的作用,以及脂多糖信号通路的复杂调控机制取得了突破性进展. 其中蛋白质翻译后修饰参与脂多糖信号通路调节的研究成为这一领域的新热点之一. 本文总结了磷酸化修饰、泛素化修饰、ISG15化修饰和SUMO化修饰在调节脂多糖信号通路方面的作用.不仅对被修饰蛋白如何传递和调节脂多糖信号以及翻译后修饰在该过程中的作用进行了阐述,还着眼于不同翻译后修饰形式之间的关联.脂多糖信号通路的深入研究不但有助于阐明内毒素相关疾病的分子机理,还可为临床预防和治疗革兰氏阴性细菌感染所致疾病提供新靶点.     

光受体及光信号转导

植物在进化过程中形成了对环境信号反应的能力,光是植物生长发育中的一个重要的环境信号.植物为了更好地生长和发育形成了精密的光信号接收和转导系统.本文介绍近年来光信号接收即光受体和光信号的转导研究进展.     

水稻光敏色素A和B的突变对气孔发育和OsAQP基因表达的影响

OsAQP是在水稻叶片保卫细胞中高表达的液泡膜型水通道基因,为研究该基因在水稻发育过程中的表达与光敏色素光信号通路的关系,观察统计了日本晴、光敏色素突变体phyA和phyB 3个水稻品种的生长发育特征,比较了开花时间、叶片气孔密度、气孔器长等指标,并采用半定量RT-PCR以及实时定量PCR技术检测OsAQP基因在3种材料不同时期叶片中的表达特性。结果显示,光敏色素突变体phyB叶片的气孔密度、气孔器长度均低于同时期的日本晴和光敏色素突变体phyA水稻,说明光敏色素B及其相关信号可能与气孔的发育关系密切;表达模式分析显示,OsAQP基因在3个水稻品种的叶片中具有不同的表达特性,并伴随发育时期呈现下降的趋势。本研究结果说明水稻光敏色素B以及相关信号不仅与气孔的发育有关,而且可能通过与光敏色素A及相关信号通路共同调节OsAQP基因的表达,参与气孔开闭的调节。     

Structure of the Cyanobacterial Phytochrome 2 Photosensor Implies a Tryptophan Switch for Phytochrome Signaling

Phytochromes are highly versatile photoreceptors, which occur ubiquitously in plants as well as in many light-responsive microorganisms. Here, photosynthetic cyanobacteria utilize up to three different phytochrome architectures, where only the plant-like and the single-domain cyanobacteriochromes are structurally characterized so far. Cph2 represents a third group in Synechocystis species and affects their capability of phototaxis by controlling c-di-GMP synthesis and degradation. The 2.6-Å crystal structure of its red/far-red responsive photosensory module in the P_r state reveals a tandem-GAF bidomain that lacks the figure-of-eight knot of the plant/cph1 subfamily. Its covalently attached phycocyanobilin chromophore adopts a highly tilted ZZZssa conformation with a novel set of interactions between its propionates and the GAF1 domain. The tongue-like protrusion from the GAF2 domain interacts with the GAF1-bound chromophore via its conserved PRXSF, WXE, and W(G/A)G motifs. Mutagenesis showed that the integrity of the tongue is indispensable for P_r → P_fr photoconversion and involves a swap of the motifs'' tryptophans within the tongue-GAF1 interface. This “Trp switch” is supposed to be a crucial element for the photochromicity of all multidomain phytochromes.     

炎症反应中的蛋白质翻译后修饰

炎症相关的信号转导蛋白、转录因子、炎性介质、组蛋白等可在炎症发生发展过程中发生磷酸化、乙酰化、泛素化、苏素化、甲基化等一系列翻译后修饰。这些化学修饰可高效调节相关蛋白质的功能活性及基因表达水平,不同化学修饰之间还可相互作用,共同影响炎症的发生、发展与转归;而异常的翻译后修饰与炎症相关性疾病关系密切。     

Post-translational modifications of ATP synthase in the heart: biology and function

The ATP synthase complex is a critical enzyme in the energetic pathways of cells because it is the enzyme complex that produces the majority of cellular ATP. It has been shown to be involved in several cardiac phenotypes including heart failure and preconditioning, a cellular protective mechanism. Understanding the regulation of this enzyme is important in understanding the mechanisms behind these important phenomena. Recently there have been several post-translational modifications (PTM) reported for various subunits of this enzyme complex, opening up the possibility of differential regulation by these PTMs. Here we discuss the known PTMs in the heart and other mammalian tissues and their implication to function and regulation of the ATP synthase.     

光调控植物种子萌发分子机制研究进展

萌发是种子植物进入农业生态系统的重要发育阶段。对于需光类种子,光是调控其萌发最重要的环境信号因子之一,红光促进而远红光抑制种子萌发。光敏色素是调控种子萌发的主要光受体。活化的光敏色素诱导萌发主效抑制因子PIF1发生蛋白降解,调节赤霉素和脱落酸代谢和信号途径相关基因的表达,从而促进种子的萌发。同时,一系列的表观遗传因子通过改变染色质结构,动态调节萌发相关基因的表达从而影响种子的萌发进程。该论文重点论述了光调控种子萌发的转录及表观遗传机制研究进展,并对其在农业生产中的应用进行了展望。     

PTMD: A Database of Human Disease-associated Post-translational Modifications

Various posttranslational modifications(PTMs) participate in nearly all aspects of biological processes by regulating protein functions, and aberrant states of PTMs are frequently implicated in human diseases. Therefore, an integral resource of PTM–disease associations(PDAs)would be a great help for both academic research and clinical use. In this work, we reported PTMD,a well-curated database containing PTMs that are associated with human diseases. We manually collected 1950 known PDAs in 749 proteins for 23 types of PTMs and 275 types of diseases from the literature. Database analyses show that phosphorylation has the largest number of disease associations, whereas neurologic diseases have the largest number of PTM associations. We classified all known PDAs into six classes according to the PTM status in diseases and demonstrated that the upregulation and presence of PTM events account for a predominant proportion of diseaseassociated PTM events. By reconstructing a disease–gene network, we observed that breast cancershave the largest number of associated PTMs and AKT1 has the largest number of PTMs connected to diseases. Finally, the PTMD database was developed with detailed annotations and can be a useful resource for further analyzing the relations between PTMs and human diseases. PTMD is freely accessible at http://ptmd.biocuckoo.org.     

RhoB的翻译后修饰与细胞命运

RhoB作为Rho家族的一员,其生物学活性和蛋白质水平的调控与其他成员有着较大的不同,在肿瘤的发生发展中也起着独特的作用。RhoB作为抑癌蛋白在肿瘤的靶向治疗上受到越来越多的关注,然而在有些类型的肿瘤中RhoB却起着促进肿瘤生长的作用,其中的分子机理还不清楚,亟待研究阐明。可逆的翻译后修饰是快速与精细调控RhoB功能的重要分子机制,对于维持正常细胞的生长、抑制细胞的早期癌变及肿瘤的发生发展至关重要。本文就RhoB翻译后修饰的研究,特别是其泛素化和SUMO化修饰之间的转化在肿瘤细胞命运决定中的作用进行综述,以期为探索RhoB的调控与肿瘤发生发展的机制,以及以RhoB为靶点的癌症治疗提供线索和思路。