清华院士《Cell Research》发表新成果

2014年10月21日，清华大学、复旦大学和华中农业大学等处的研究人员在国际学术期刊《Cell Research》发表了一项最新研究成果，研究人员提供了明确的生化证据表明，BAK1在BRI1激活的早期事件中起着至关重要的作用，BKI1可竞争性地抑制BAK1和BRI1细胞溶质结构域上的转磷酸化作用。这些结果不仅揭示了由BRI1识别的BKI1的根本结构基础，也对油菜素类固醇诱导的BRI1激活的启动机制，提供了深刻的见解。

　　

生物通报道：2014年10月21日，清华大学、复旦大学和华中农业大学等处的研究人员在国际学术期刊《Cell Research》以“Structural insights into the negative regulation of BRI1 signaling by BRI1-interacting protein BKI1”为题发表了一项最新研究成果，研究人员提供了明确的生化证据表明，BAK1在BRI1激活的早期事件中起着至关重要的作用，BKI1可竞争性地抑制BAK1和BRI1细胞溶质结构域上的转磷酸化作用。这些结果不仅揭示了由BRI1识别的BKI1的根本结构基础，也对油菜素类固醇诱导的BRI1激活的启动机制，提供了深刻的见解。

本研究通讯作者是清华大学生命科学学院王志新院士，其早年毕业于清华大学化学与化学工程系，1988年在中科院生物物理研究所获博士学位。1989年至1991年在美国康奈尔大学化学系从事博士后研究。曾任中科院生物物理所副所长、所长，1997年当选为中科院院士，2003年至今为清华大学生命科学学院教授。主要研究蛋白质物理化学、酶活性调节动力学、蛋白-配体相互作用、蛋白质结构预测。在SCI收录的期刊发表论文70篇。他取得的重要研究成果，有创造性地将统计力学应用于酶学研究，所有非解-聚合的别构酶模型给出了统一的理论框架；系统地研究了酶的抑制、激活作用机制及动力学等。

通过细胞表面受体的信号感知，以及这一信号到细胞内部的转导，对于所有的生命形式都必不可少。在植物中，一个这样的大家族受体是富含亮氨酸重复序列受体样激酶（LRR-RLKs），在拟南芥中有超过220个成员，在水稻中有大约400个成员。每一个LRR-RLK都含有富亮氨酸重复胞外结构域——通常可结合配体（一个单一的跨膜螺旋），和启动细胞内信号转导的细胞质激酶结构域。

两个已经得到充分研究的LRR-RLKs是brassinosteroid-insensitive 1 (BRI1)——brassinosteroid (BR)受体，和作为BRI1 激活共同受体的BRI1-associated kinase 1 (BAK1)。BRs是植物特有的类固醇，在各种发育和生理过程中发挥重要的作用，如茎伸长、叶发育、导管分化、雄性育性、开花时间、老化、气孔发育、对生物和非生物胁迫的抗性。

BRI1或BR生物合成或信号通路其他组件的突变，会导致严重的生长异常，包括矮化、雄性不育、延迟开花、顶端优势减弱和黑暗中的光形态发生。相反，BR含量增加或BR信号增强，可以提高纤维素的生物合成、生物量的积累和植物生长。

BR信号是由BR与细胞表面受体激酶（BRI1）的结合而启动的。如果没有BRs，BRI1 KD（激酶结构域）通过其自动抑制羟基端并与抑制蛋白BKI1相互作用，被保持在一种基底状态。BR与BRI1的胞外结构域，可引起BRI1 KD的自身磷酸化、BRI1末端自动抑制作用的释放、BKI1磷酸化作用及其与质膜的解离，从而导致BRI1和BAK1复合物的形成。

BRI1和BAK1的KDs可在多个位点彼此发生转磷酸化作用，以形成完全激活的受体。激活的BRI1能够使多个受体样胞质激酶磷酸化，包括BR信号转导激酶（BSKs）和constitutive differential growth 1，它们可相互作用并可能激活bri1-抑制因子1磷酸酶转换BRI1的下游BR信号。BSK家族包括12个成员（BSK1-12），在BR信号中发挥冗余的作用。

虽然在过去的十年里BR信号激活已被广泛研究，但是我们理解的一个主要差距在于，调节BR诱导的BRI1/BAK1关联和相互磷酸化的早期分子事件。BR如何与BRI1结合，从而导致BRI1 KD的局部激活或自身磷酸化，仍不清楚。

在这项研究中，研究人员报道了具有BKI1来源BRI1-互动模体（motif）的复合物中的BRI1 KD的晶体结构。研究人员还提供了明确的生化证据表明，BAK1在BRI1激活的早期事件中起着至关重要的作用，BKI1可竞争性地抑制BAK1和BRI1细胞溶质结构域上的转磷酸化作用。

研究还指出，类固醇诱导的BRI1和BAK1胞外域的异源二聚化，可将它们的细胞质KDs带到正确的方向，以与BKI1和转磷酸作用竞争。这些结果不仅揭示了由BRI1识别的BKI1的根本结构基础，也对油菜素类固醇诱导的BRI1激活的启动机制，提供了深刻的见解。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Structural insights into the negative regulation of BRI1 signaling by BRI1-interacting protein BKI1
Abstract: Brassinosteroids (BRs) are essential steroid hormones that have crucial roles in plant growth and development. BRs are perceived by the cell-surface receptor-like kinase brassinosteroid insensitive 1 (BRI1). In the absence of BRs, the cytosolic kinase domain (KD) of BRI1 is inhibited by its auto-inhibitory carboxyl terminus, as well as by interacting with an inhibitor protein, BRI1 kinase inhibitor 1 (BKI1). How BR binding to the extracellular domain of BRI1 leads to activation of the KD and dissociation of BKI1 into the cytosol remains unclear. Here we report the crystal structure of BRI1 KD in complex with the interacting peptide derived from BKI1. We also provide biochemical evidence that BRI1-associated kinase 1 (BAK1) plays an essential role in initiating BR signaling. Steroid-dependent heterodimerization of BRI1 and BAK1 ectodomains brings their cytoplasmic KDs in the right orientation for competing with BKI1 and transphosphorylation.