蛋白质转运相关基因Sec62对植物发育和ER胁迫应激反应的调控机制

来源：植物科学最前沿

近日，JIPB在线发表了香港中文大学姜里文团队的研究论文“AtSec62 is critical for plant development and is involved in endoplasmic reticulum (ER)-phagy in Arabidopsis thaliana"。该论文通过对内质网（ER）质膜上Sec蛋白转运复合体组分Sec62突变体和亚细胞定位的研究，揭示了Sec蛋白转运复合体对植物发育和ER胁迫应激反应的重要调控作用。

ER作为细胞内蛋白质合成和折叠的主要场所，为植物的生长发育提供了大量必需的蛋白质。蛋白质的合成起始于粗面内质网（rough ER），随后位于ER质膜的Sec相关的转运复合体将合成的一级多肽链转运到ER内腔中做进一步的折叠修饰。因此，对蛋白质折叠质量进行监控就显得尤为重要。之前的研究发现植物细胞有一系列严密的监控和调节系统参与到蛋白折叠质量的控制，主要包括未折叠蛋白反应（UPR）和ER关联的蛋白降解途途径（ERAD）。Sec62是内质网（ER）质膜Sec蛋白转运复合体的重要组分，介导蛋白进入ER，但是其在蛋白质折叠质量监控方面的作用和机理仍然未知。

通过对Sec62蛋白氨基酸序列的分析，发现Sec62蛋白序列中存在第三个跨膜结构域，这导致其C端朝向ER内腔。生化分析也进一步印证了这种蛋白质拓扑结构。而相对应的动物和酵母中的同源蛋白则只有两个跨膜结构域，N和C端均朝向细胞质，这表明拟南芥Sec62蛋白不同的拓扑结构可能提示了其功能的多样性。

突变体的研究发现，sec62的营养生长受到严重抑制，育性严重下降，花粉也表现出异常的发育形态。据此推断Sec62在拟南芥营养和生殖生长过程中具有非常重要的作用。

衣霉素（TM）因其诱导ER胁迫而广泛用于诱发蛋白质错误折叠实验。为研究Sec62对错误折叠蛋白的反应，研究人员对sec62突变体施加了不同浓度的衣霉素处理，结果发现sec62突变体对衣霉素诱导的ER胁迫表现的更为敏感，表明Sec62可能在植物ER胁迫应激反应中起重要作用。

同时为了研究Sec62与自噬小体标记物ATG8e在ER胁迫应激反应过程中的相互关系，该研究对荧光标记的Sec62和ATG8e双转基因植物施以不同的处理。结果发现只有在对该转基因植物施加衣霉素时，原本定位于ER网络的Sec62可以和自噬小体共定位于环状结构中。进一步的生化分析表明Sec62和ATG8e的相互作用依赖于一种叫AIM的序列。综上推断，Sec62可以介导因ER胁迫而发生错误折叠的蛋白通过自噬体途径运输到液泡中降解，从而使ER保持稳定态。

博士生胡帅为本文的第一作者和共同通讯作者，姜里文教授为本文的主要通讯作者。该项目得到中国自然科学基金和香港研资局经费的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jipb.12872