新发现：植物液泡加工酶通过自噬途径转位至液泡进而诱导程序性细胞死亡

来源：植物生物学

2020年12月19日， 以色列Volcani中心Dani Eshel团队在《Autophagy》（2019 IF：9.770）上发表题为“Vacuolar processing enzyme translocates to the vacuole through the autophagy pathway to induce programmed cell death”的研究论文。该研究首次揭示了液泡加工酶( Vacuolar processing enzyme; VPE)通过自噬途径转位 至 液泡，进而导致程序性细胞死亡。图片来源：Autophagy官网

液泡是细胞质中的泡状结构。外有液泡膜与细胞质分开，内含水状细胞液。幼年的植物细胞中液泡小，成熟的植物细胞中液泡很大；花、叶、果实的颜色，除绿色之外，大多由液泡内细胞液中的色素所产生。高等动物细胞中的液泡不明显；某些单细胞动物的食物泡和伸缩泡，分别具有摄取营养和排泄废物的功能，亦可说是液泡的一种形式。液泡对细胞内的环境起着调节作用，可以使细胞保持一定的渗透压，保持膨胀状态。

图片来源：百度百科

植物细胞中，大部分液泡蛋白质都是在内质网上以大分子的前体形式合成，随后被运送到液泡中，在其C-末端1个天冬酰胺残基处通过蛋白水解酶的剪切转变成各自的成熟形式。液泡加工酶( Vacuolar processing enzyme; VPE) 是一种半胱氨酸蛋白酶，对天冬酰胺和天门冬氨酸残基有底物特异性，在液泡蛋白质加工以及激活过程中发挥重要作用。VPE 最初是在南瓜成熟过程中的种子中发现的，随后，从蓖麻子种子里也提取出了 VPE，其对种子储藏蛋白质的成熟具有重要作用。研究表明，在衰老组织和某些胁迫条件下的营养组织也存在 VPE，这种营养型 VPE 在植物细胞程序性死亡中发挥重要作用。

图片来源：百度百科

该研究发现，在缺乏碳源的生长培养基和黑暗条件下，马铃薯叶片上出现了StVPE1-GFP的点状标记。在碳饥饿条件下，BY-2细胞的VPE活性和PCD症状明显增加，而VPE-RNAi干预可以部分缓解BY-2细胞的这种变化。在长时间的碳饥饿暴露下，VPE的表达和活性水平达到峰值，BY-2细胞的死亡逐渐增加。BY-2细胞的组织学分析表明，碳饥饿通过液泡膜吞噬方式可以诱导StVPE1-GFP从内质网转移到中央空泡。使用刀豆素A（抑制V-ATP酶）处理BY-2细胞，可导致StVPE1-GFP在细胞液泡中积聚，同时伴随着自噬体的积累，而3-甲基腺嘌呤（早期自噬的抑制剂）处理可抑制这些变化的发生。

在BY-2细胞中，自噬体标记物RFP-StATG8IL与StVPE1-GFP蛋白共定位于细胞质和空泡中。而RNAi沉默自噬基因ATG4可降低了VPE活性和细胞死亡。这些该研究首次揭示了VPE通过自噬途径转移位至液泡进而诱导程序性细胞死亡。