徐华强、李家洋Cell Res揭示信号通路新机制

　　

    中国科学院上海药物研究所徐华强课题组与中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋课题组以及澳大利亚塔斯马尼亚大学Steven M Smith课题组共同合作，成功解析了独脚金内酯代谢物与DWARF14活性中心共价螯合结构以及受体DWARF14与激素GR24复合物晶体结构，同时创新性地发现了DWARF14以及同源蛋白DAD2在激素存在时的不稳定性，提示了独角金内酯信号通路新的作用机制。研究成果于10月16日在线发表于《细胞研究》（Cell Research）杂志。

　　独脚金内酯是最近几年新发现的一种重要的植物激素，该激素在植物生长发育及适应外界环境变化的过程中具有重要的感知和信号转导作用。独脚金内酯受体的结构和功能及其信号通路机制一直以来仍不清楚，对独脚金内酯遗传学、生物化学以及结构生物学方面的研究，能够帮助解决世界范围内寄生植物危害、提供粮食产量、优化低氧分投入、高产量、高质量的粮食品种问题，为开发新型除草剂提供结构基础。

　　该成果是徐华强与合作者在植物激素独脚金内酯分子机制研究领域的又一突破。五年内他们发表了相关学术论文三篇，第一篇论文发表在2013年的Cell Research 杂志上，该研究成果成功解析了Strigolactone受体蛋白D14以及同源蛋白KA12的三维结构，为进一步阐述独脚金内酯分子机制提供结构基础。第二篇论文发表在2013年的Natrue 杂志上，该篇论文阐明独脚金内酯通过诱导其抑制因子D53降解调控水稻的分蘖和株型。此研究成果入选“2014年度中国科学十大进展”。这些论文深入系统地对独脚金内酯的受体结构与功能进行研究，阐述D14就是新型植物激素独角金内酯的直接受体，解析了受体与激素的复合物晶体结构，并揭示了独脚金内酯信号识别和信号转导的重要分子机制，为阐述整个信号通路的分子机制奠定基础，具有重要理论意义和潜在应用价值。

　　论文第一作者为上海药物所博士赵丽华，文安德研究所博士Edward.Zhou以及上海药物所博士易伟，通讯作者为上海药物所研究员徐华强以及美国温安洛研究所教授Karsten Melcher。

　　该研究工作得到了国家基金委、科技部重大科学研究计划、先导专项、重大专项以及上海同步辐射光源的大力支持。

A.GR24周围的电子密度图以及与配体结合口袋；B.D14与GR24复合物的三种不同取向的整体结构

原文摘要：

Destabilization of strigolactone receptor DWARF14 by binding of ligand and E3-ligase signaling effector DWARF3

Strigolactones (SLs) are endogenous hormones and exuded signaling molecules in plant responses to low levels of mineral nutrients. Key mediators of the SL signaling pathway in rice include the α/β-fold hydrolase DWARF 14 (D14) and the F-box component DWARF 3 (D3) of the ubiquitin ligase SCFD3 that mediate ligand-dependent degradation of downstream signaling repressors. One perplexing feature is that D14 not only functions as the SL receptor but is also an active enzyme that slowly hydrolyzes diverse natural and synthetic SLs including GR24, preventing the crystallization of a binary complex of D14 with an intact SL as well as the ternary D14/SL/D3 complex. Here we overcome these barriers to derive a structural model of D14 bound to intact GR24 and identify the interface that is required for GR24-mediated D14-D3 interaction. The mode of GR24-mediated signaling, including ligand recognition, hydrolysis by D14, and ligand-mediated D14-D3 interaction, is conserved in structurally diverse SLs. More importantly, D14 is destabilized upon the binding of ligands and D3, thus revealing an unusual mechanism of SL recognition and signaling, in which the hormone, the receptor, and the downstream effectors are systematically destabilized during the signal transduction process.