柴继杰Cell最新发文：首次证明2\',3\'-cAM/cGMP可由植物TIR蛋白产生并正向调控植物免疫反应

科学家们发现了一种使植物能够抵抗微生物感染的新机制。该研究确定了一个双功能免疫受体蛋白家族，其特征是存在一个TIR结构域，可以水解NAD+并切割双链RNA或DNA以合成环核苷酸。结合两种相互排斥的催化活性介导的不同结构构象，使这些独特的免疫受体蛋白对抗微生物感染。

　　

最近的一项研究报告了一种新机制，该机制使植物能够抵抗微生物感染。

早期的研究表明NAD+（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）是一种普遍存在且丰富的细胞辅助因子，它的分解可激活免疫蛋白，最终形成一种“超敏感反应”，杀死受感染的植物细胞以保护整个植物。这一过程虽然至关重要，但不足以保护植物免受微生物的入侵，这暗示了其他机制的存在。

这项新研究确定了一个双功能免疫受体蛋白家族，其特征在于存在一个称为 TIR（toll/interleukin-1 受体）的结构域，它不仅可以水解 NAD+，还可以结合和切割双链 RNA 或 DNA 以合成环状核苷酸（2',3'-cAMP/cGMP）。结合这两种相互排斥的催化活性，这些独特的免疫受体蛋白可以控制植物中的程序性细胞死亡和免疫信号传导，从而对抗微生物感染。

来自德国马克斯普朗克植物育种研究所 (MPIPZ) 的博士生 Yu Dongli Yu 和研究科学家 Wen Song 博士，以及来自新加坡南洋理工大学的学生 Eddie Yong Jun Tan，这三位共同主要作者指出，“我们已经确定了免疫受体 TIR 结构域在保护植物免受感染方面的新作用。展望未来，识别和表征 2',3'-cAMP/cGMP 的靶标将提出新的策略，使植物对有害微生物更具抵抗力，从而有助于粮食安全。”

该研究结果发表在《细胞》杂志上的文章“TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death”中。该研究由通讯作者，MPIPZ、科隆大学和北京清华大学教授Jijie Chai博士、MPIPZ教授Paul Schulze-Lefert博士和Bin Wu博士领导。

含有TIR结构域的植物免疫受体蛋白是一种双功能酶，可以水解普遍存在的辅因子NAD，合成环核苷酸磷酸。

在目前的研究中，研究小组对TIR蛋白的功能进行了表征。除了NAD   ⁺ 研究小组发现，TIR结构域可以处理RNA和DNA中常见的高能磷酸二酯键。

在目前的研究中，该团队表征了 TIR 蛋白的功能。除了作为 NAD+ 核苷酶外，该团队还表明 TIR 结构域可以处理通常存在于 RNA 和 DNA 中的高能磷酸二酯键。

使用结构分析和低温电子显微镜，作者表明 TIR 蛋白在水解 NAD+ 时与切割双链 RNA 或 DNA 中的磷酸二酯键时形成不同的、相互排斥的多蛋白结构。为了切割双链 RNA 或 DNA，TIR 蛋白遵循链的轮廓并紧紧缠绕在它们周围。该结构数据解释了相同的蛋白质如何执行两种催化功能。形成两种替代分子复合物的能力是免疫受体的一个特征。

为了进一步阐明机制，研究人员表明，TIR 免疫受体的这些双重功能不足以杀死受感染的细胞。由 RNA 和 DNA 中的磷酸二酯键断裂产生的小环核苷酸（2',3'-cAMP/cGMP – 环状腺苷/鸟苷一磷酸）是植物中 TIR 介导的细胞死亡所必需的。

在烟草植物的近亲本氏烟草中，研究人员表明，破坏 TIR 免疫受体合成 2',3'-cAMP/cGMP 的能力会阻止它们诱导细胞死亡的能力，从而支持这些环核苷酸的重要作用。

使用分析化学分析，科学家们表明 TIR 结构域触发了非常规 2',3'-cAMP/cGMP 的产生，而不是它们更常见的表亲 3',5'-cAMP/cGMP。

作者还表明，与所有控制细胞死亡的因素一样，2',3'-cAMP/cGMP 的水平在细胞中受到严格调节。他们表明，2',3'-cAMP/cGMP 不仅被植物调节因子（如 NUDT7，一种负调节剂，或在一种叫做岩芹菜的小型开花植物中发现的 TIR 信号传导）耗尽，而且还被已经发育的微生物耗尽。消耗这些环核苷酸以解除植物防御的狡猾方法。

原文标题：

TIR domains of plant immune receptors are 2′,3′-cAMP/cGMP synthetases mediating cell death