揭秘藻细胞程序性死亡关键蛋白组织蛋白酶 X（Cathepsin X）：解锁藻类应对环境压力的生命密码

为探究藻类程序性细胞死亡（PCD）的分子基础，研究人员以三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）和莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为对象展开研究。发现半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶 X/Z（CPX）在藻类 PCD 中起保守作用，该成果有助于理解单细胞生物 PCD 的进化起源及藻类应对压力的策略。

　　浮游植物承担着全球一半的光合作用，在水生生态系统中形成大规模水华。水华消亡为海洋微生物提供养分，且被认为是由多种环境应激源诱导的程序性细胞死亡（PCD）所介导。尽管 PCD 很重要，但藻类 PCD 的分子基础仍不清楚。在本研究中，研究人员利用三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）对氧化应激反应的细胞间异质性，揭示了在不同藻类谱系中保守的新型 PCD 基因。对氧化应激后筛选出的敏感和抗性亚群进行比较转录组学分析，揭示了与细胞死亡和存活这两种相反命运直接相关的基因。将这些基因与在绿藻莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）大规模突变筛选中发现的基因进行比较，确定了功能相关的保守 PCD 候选基因，其中包括半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶 X/Z（CPX）。三角褐指藻（P. tricornutum）的CPX1和莱茵衣藻（C. reinhardtii）的半胱氨酸内肽酶 12（CEP12）的CPX突变体对氧化应激和诱导 PCD 的信息化学物质表现出抗性，这支持了这些基因在藻类 PCD 中的保守功能。系统发育和预测结构分析表明，CPX在真核生物中高度保守，藻类中的CPX与人类组织蛋白酶 X/Z（CTSZ，一种与多种疾病相关的蛋白质）在结构上有很强的相似性。CPX在海洋中的多种藻类中表达，并且与有毒拟菱形藻（Pseudo-nitzschia）水华即将消亡的事件相关，这为其生态学意义提供了支持。阐明藻类中的 PCD 成分有助于揭示单细胞生物 PCD 的进化起源，以及种群应对压力条件所采用的细胞策略。