拟南芥中 AP-3β 通过 19S 调节颗粒拆解热诱导应激颗粒的关键发现

为探究植物应激颗粒（SGs）拆解机制，研究人员以拟南芥为对象，发现 AP-3β 可通过 19S RP 促进 SGs 拆解，对植物生长恢复意义重大。

　　在大自然中，植物常常面临各种恶劣环境的挑战，为了生存，它们进化出了多种策略。其中，形成应激颗粒（Stress Granules，SGs）是植物应对不利条件的一种重要方式。SGs 就像是植物细胞内的 “临时仓库”，在遭遇环境胁迫时，它能暂时储存 mRNA - 核糖体复合物，让翻译过程暂停，从而保护这些重要的遗传物质不被降解。当环境压力减轻后，SGs 会被拆解，mRNA 得以释放，翻译重新启动，植物也能恢复正常生长。

然而，目前对于 SGs 拆解的具体机制，科学家们还知之甚少。在酵母和哺乳动物细胞中，虽然已经发现自噬、p97/Cdc48/VCP 以及 26S 蛋白酶体等参与了 SGs 的拆解过程，但在植物系统中，这些机制是否保守还不清楚。例如，自噬在植物细胞中是否真的有助于 SGs 的拆解，尚无确凿证据；26S 蛋白酶体在植物中对 SGs 拆解的作用也存在争议。因此，深入研究植物中 SGs 的拆解机制，对于理解植物如何适应环境变化、保障细胞活力至关重要。

为了解开这个谜团，南方科技大学生命科学学院植物与食品科学研究所、植物基因工程与分子设计深圳市重点实验室的研究人员展开了一项重要研究。他们以拟南芥为模式植物，深入探究了 SGs 拆解的分子机制。研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了许多关键信息。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是免疫沉淀结合质谱分析（IP-MS）技术，通过该技术鉴定与目标蛋白相互作用的蛋白质；其次，利用荧光素酶互补成像（LCI）、双分子荧光互补（BiFC）等实验，验证蛋白质之间的相互作用；此外，还借助共聚焦显微镜观察技术，实时监测蛋白质在细胞内的定位和动态变化。

研究结果如下：

1. AP-3β 与 TSN1/2 相互作用：研究人员通过 IP-MS 实验发现，AP-3β 与 SG 核心 RNA 结合蛋白 Tudor 葡萄球菌核酸酶 1/2（TSN1/2）存在相互作用。随后，通过体内共免疫沉淀（co-IP）、LCI、BiFC 以及体外 pull-down 实验，进一步证实了这种相互作用的特异性和直接性。这表明 AP-3β 与 TSN1/2 在体内外均能特异性结合123。
2. AP-3β 被招募到 SGs：研究发现，AP-3β 在热诱导下会迅速响应，被招募到 SGs 中。通过与不同细胞器标记蛋白的共定位实验表明，热诱导的 AP-3β 焦点不与常规细胞器共定位，而是与 TSN2 和 RBP47b 标记的 SGs 高度共定位。进一步研究发现，AP-3β 被招募到 SGs 依赖于其与 TSN1/2 的相互作用，且 AP3β_C结构域和 N 端衔接子结构域对其招募至关重要456。
3. AP-3β 对 SGs 动态变化的影响：研究人员分析了 AP-3β 对 SGs 组装和拆解的影响。结果显示，AP-3β 在调节 SGs 组装方面作用较小，但在热恢复过程中，对 SGs 的拆解起着关键作用。AP-3β 突变体（pat2-2）中 SGs 的拆解明显延迟，且植物对热应激的敏感性增加，生长恢复受到影响，这表明 AP-3β 对植物在热应激后的生长恢复至关重要789。
4. AP-3β 调节 SGs 拆解的机制：研究发现，AP-3β 作为衔接蛋白，可招募 26S 蛋白酶体的 19S 调节颗粒（RP）亚基到 SGs。生化和细胞生物学证据支持这一结论，且 19S RP 亚基的招募对 SGs 的拆解至关重要。进一步研究表明，20S 蛋白酶体的蛋白水解活性对拟南芥中 SGs 的拆解并非必需，而 19S RP 相关的去泛素化酶（DUBs）在 SGs 拆解过程中起关键作用。AP-3β 促进 SGs 组分的去泛素化，进而促进 SGs 的拆解101112。
5. 去泛素化的下游作用：AP-3β 下游的去泛素化过程对植物的翻译重新起始和生长恢复至关重要。通过定量泛素组分析，研究人员鉴定了 AP-3β 下游的去泛素化靶点，包括参与翻译调控的蛋白质和液泡运输成分。这些靶点协同作用，促进了 SGs 的拆解和植物的生长恢复1314。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 19S RP 在促进 SGs 拆解中的重要作用。19S RP 相关的去泛素化对于热释放后 SGs 的拆解和翻译重新起始至关重要。AP-3β 的突变会损害 RP 亚基向 SGs 的招募，降低 DUB 活性，导致 SGs 拆解延迟和植物生长恢复受损。此外，研究还发现内膜系统在支持植物细胞 RNA 颗粒动态变化中起着重要作用，内膜蛋白并非被动地参与 SGs 的形成，而是积极调节其动态变化。同时，不同实验系统中识别泛素信号的效应器不同，在拟南芥中，19S RP 相关的 DUBs 是热诱导 SGs 拆解的关键决定因素。

这项研究为我们深入理解植物如何应对热应激提供了新的视角，揭示了 AP-3β 和 19S RP 在 SGs 拆解过程中的关键作用机制，对于进一步研究植物的环境适应性和生长发育调控具有重要意义。它为后续相关研究奠定了坚实基础，有望为提高植物在逆境中的生存能力提供理论依据和潜在的技术支持。