《PNAS》一个有趣的基因研究：植物细胞的调节过程有助于揭示癌症的发展

莱斯大学生物科学家的一项新研究解释了植物细胞内部的结构是如何协同促进发芽的。这一发现可能会揭示人类细胞的相应机制。

　　

莱斯大学生物科学家的一项新研究解释了大多数生命形式共同的基本细胞结构如何协同促进模式植物生物的生长。这一发现可能会揭示人类细胞的相应机制。

在成熟到可以进行光合作用之前，发育中的拟南芥幼苗依靠储存在细胞内的脂肪储备，这些脂肪储存在被称为脂滴的蛋白质包裹的小袋中。这些液滴中富含能量的物质在称为过氧化物酶体的细胞内容器中被动员起来。这项新研究发现，这种合作需要过氧化物酶体上的一种酶来帮助分解脂滴上的蛋白质涂层。酶- MIEL1 -先前已知驻留在细胞核中，在那里它有助于调节基因表达。

MIEL1的新作用和位置的发现引发了一个问题，即这些发现是否也适用于它的人类对应物PIRH2。根据发表在《美国国家科学院院刊》上的研究，进一步的实验证实，在拟南芥细胞中表达PIRH2时，PIRH2与过氧化物酶体相关。由于PIRH2在肿瘤发展中起着重要的作用，因此更深入地了解其细胞功能可以为癌症的预防和治疗提供见解。

在人类细胞中，PIRH2有助于降解p53，这是一种众所周知的控制基因组受损细胞增殖的蛋白质。编码p53的基因被称为“基因组的守护者”，并因其抑制肿瘤的作用而被广泛研究。在大多数癌症中都发现了破坏其功能的突变。

“PIRH2是被研究得最多的p53调节因子之一，因此它与癌症直接相关，因为p53经常发生突变，并与许多不同器官和细胞类型的各种癌症有关，”巴特尔实验室的博士后研究助理梅丽莎·特拉弗(Melissa Traver)说，她是这项研究的主要作者。

“正因为如此，这是一个有趣的基因研究，”特拉弗补充说，他也是莱斯大学生物化学和细胞生物学博士项目的校友。“更多地了解它可以让我们了解癌症是如何发生的，以及如何阻止它。我从没想过我会在植物实验室里阅读关于癌症的论文。我开始这个项目是为了回答一个关于植物的非常非常具体的问题，找到一些可能更广泛地适用于各个系统的东西是非常令人鼓舞和有益的。”

这些发现加强了特拉弗的信念，即基础研究可以产生与基于应用的科学同样重要的影响。“作为一名研究生，我花了很多时间为基础科学辩护，强调它的必要性和内在价值，”特拉弗说。

特拉弗与莱斯大学的拉尔夫和多萝西·鲁尼生物科学教授邦妮·巴特尔一起，研究了拟南芥发芽过程中展开的细胞过程。

“多年来，我们一直在研究拟南芥中的过氧化物酶体，它们是如何制造的，它们做什么，为什么它们很重要，”巴特尔说。“过氧化物酶体在发芽过程中起着特别关键的作用，当植物经历了显著的生长，但还没有成熟到足以进行光合作用。这意味着它必须使用母体植物储存在种子中的脂质。

“我们开始对脂滴感兴趣，因为这两个细胞器密切相关，一个是储存脂肪的细胞器，一个是加工脂肪的细胞器。脂滴有一层蛋白质涂层，防止它们相互结合。我们对细胞如何摆脱这种被称为油蛋白的蛋白质很感兴趣。”

为了弄清楚油蛋白是如何被分解的，特拉弗设计了一种带有荧光标记的蛋白质。

巴特尔说:“我们是遗传学家，所以当我们想要了解一些事情时，我们喜欢打破它。”梅丽莎决定寻找一种不能像野生植物那样降解这种油蛋白的植物。由于油质上的荧光标记，她可以看到野生型幼苗一开始就被点亮了。然而，随着油蛋白被分解，脂质被消耗，荧光就会消失。”

相反，不能分解油蛋白的突变苗继续显示荧光。通过对它们的基因组进行测序，并将其与野生型植物的基因组进行比较，特拉弗能够识别出负责植物分解油质能力的基因。巴特尔说:“在突变苗中不再工作的基因编码MIEL1，这是一种核酶，有助于降解调节基因表达的转录因子-蛋白质。”

特拉弗进行了更多的实验，以弄清楚MIEL1是否伴随着脂滴或过氧化物酶体。

“出乎意料的是，梅丽莎发现，尽管它作用于脂滴，但MIEL1实际上定位于过氧化物酶体，”巴特尔说。“脂滴和过氧化物酶体分散在整个细胞中，除非脂滴正好在过氧化物酶体旁边，否则你不会想要降解油蛋白。我们的假设是，在过氧化物酶体上使用这种酶是一种确保正确的生物化学发生在需要它的地方的方法。”

这项研究的发现表明，酶介导的过氧化物酶体和脂滴之间的相互作用在所有真核生物生命形式中看起来都是相似的。

特拉弗说:“接下来要做的是在人类细胞或其他动物模型中进行实验，看看是否有类似的机制在起作用。”

美国国立卫生研究院(R35GM130338, P30CA91842, UL1TR002345, R01GM129325)和Robert A. Welch基金会(C-1309)支持这项研究。

文章标题

The ubiquitin-protein ligase MIEL1 localizes to peroxisomes to promote seedling oleosin degradation and lipid droplet mobilization