植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答研究及進(jìn)展探討

魏圓圓

摘 要 本文以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫為對象，就其在植物中應(yīng)用進(jìn)展作一探討。另外，本文還剖析了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子間所存在的關(guān)系，指出了在對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫途徑進(jìn)行研究中還沒有得到解決的問題，望能為深層化研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫與抗逆之間關(guān)系提供參考與依據(jù)。

關(guān)鍵詞 植物 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 脅迫應(yīng)答

中圖分類號：Q503 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在整個真核生物體系當(dāng)中，蛋白質(zhì)有著非常復(fù)雜的合成過程，而細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中的核糖體為合成的核心場所。針對那些大分子蛋白，比如在整個細(xì)胞總蛋白中約占1/3的分泌蛋白，或者是膜蛋白等，需先進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后再根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)行修飾與折疊，只有蛋白質(zhì)經(jīng)過正確、規(guī)范化的折疊與修飾，方能向細(xì)胞器中轉(zhuǎn)換（如細(xì)胞核、線粒體等），并將其生物功能最大化發(fā)揮出來。針對蛋白質(zhì)整個折疊過程而言，不僅精細(xì)而且還比較復(fù)雜，易受外界影響，造成蛋白出現(xiàn)錯誤折疊，或者是難以折疊的情況。本文就植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答研究及進(jìn)展作一探討。

1經(jīng)典未折疊蛋白的基本應(yīng)答途徑分析

1.1以IREl為介導(dǎo)的XBPmRNA非常規(guī)剪接途徑分析

在酵母中，IRE1乃是一個比較典型的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感應(yīng)器，無論是在動物未折疊蛋白應(yīng)答中，還是在植物應(yīng)答中，均發(fā)揮著重要作用與地位。對于IRE1而言，其實(shí)為一個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白質(zhì)，具有單次跨膜的特點(diǎn)，其不僅擁有內(nèi)切核酸酶RNase活性，而且還有胞質(zhì)激酶活性。在整個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)當(dāng)中，當(dāng)未折疊蛋白質(zhì)出現(xiàn)持續(xù)、不間斷累積時，對于此時的IRE1蛋白而言，其便會形成比較典型的多聚體，將IRE1所持有的蛋白激酶活性激活，且出現(xiàn)磷酸化，并使其內(nèi)切核酸酶活性得到進(jìn)一步激活；還需要指出的是，無論是動物XBP1，還是酵母HAC1，針對與之處于對應(yīng)狀態(tài)的mRNA，實(shí)施非常規(guī)剪切處理，將一些核苷酸切掉，并對原有的蛋白形式進(jìn)行重新編碼。針對此形式而言，其不僅擁有典型的轉(zhuǎn)錄激活活性，而且還擁有核定位信號，還可以進(jìn)入細(xì)胞核，對蛋白折疊相應(yīng)UPR基因進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的目的。

1.2 ATF6-S2P水解的基本途徑

針對ATF6而言，其在整個哺乳動物體系中，實(shí)為一個bZIP家族跨膜轉(zhuǎn)錄因子（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)II型），對于其N端來講，其多處于細(xì)胞質(zhì)當(dāng)中，在整個架構(gòu)當(dāng)中，其囊括有一個呈堿性狀態(tài)的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，而對于C端來講，其多處于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。通常情況下，處于全長狀態(tài)的ATF6，會被BiP滯留，并且始終維持在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)當(dāng)中；還需要指出的是，基于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的影響及持續(xù)脅迫下，COPII會轉(zhuǎn)移ATF6，使其經(jīng)膜泡，而持續(xù)運(yùn)至高爾基體當(dāng)中，然后由2個蛋白酶（S1P與S2P），實(shí)施分步酶切操作，完成酶切后，其形式會發(fā)生改變，其中不存在跨膜域，此時，經(jīng)核定位信號，便會持續(xù)進(jìn)入到細(xì)胞核中，將下游UPR相應(yīng)基因表達(dá)予以激發(fā)；針對此種酶切方式來講，也業(yè)內(nèi)又被稱作蛋白質(zhì)水解方式。

1.3 PERK/ATF4-CHOP選擇翻譯性途徑分析

針對PERK來講，其實(shí)為一個能夠在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中定位，并且還含有跨膜域的一種激酶，針對C末端來講，其所處對象為胞質(zhì)，而對于N末端來講，其方向所指的是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，從根本上來講，其擁有比較典型且具有獨(dú)特性的絲/蘇氨酸蛋白激酶活性，現(xiàn)階段，僅能在動物當(dāng)中被發(fā)現(xiàn)。針對翻譯起始因子eIF2來講，其內(nèi)部所含有的 亞基（eIF2 ），便會以一種獨(dú)特方式與GTP相結(jié)合，然后可以與tRNA融合在一起，對起始復(fù)合物進(jìn)行翻譯。如果內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于應(yīng)激狀態(tài)，針對此時的PERK磷酸，其在化真核起始因子eIF2 位置上，在絲氨酸排位上，處于第51位。針對eIF2 來講，當(dāng)其已經(jīng)被磷酸化之后，便會對翻譯起始復(fù)合物當(dāng)中的GTP與GDP的交換進(jìn)行有效抑制，在此過程中，其會對蛋白質(zhì)相應(yīng)翻譯施加抑制，還會對其合成進(jìn)行相應(yīng)抑制，因而能夠較大程度減少進(jìn)入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)當(dāng)中的蛋白。

2植物膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答

2.1 AtbZIP28途徑分析

當(dāng)處于正常狀態(tài)下，針對擬南芥膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子（bZIP28）來講，經(jīng)跨膜域，實(shí)現(xiàn)在ER當(dāng)中的定位，當(dāng)感應(yīng)到脅迫后（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫、高溫等），對于此時的bZIP28來講，其便會進(jìn)入高爾基體中，并且還會分別被絲氨酸蛋白酶當(dāng)中的S1P、S2P實(shí)施分步酶切處理，將跨膜域去掉；在實(shí)際操作中，通過對位信號進(jìn)行核定，并進(jìn)入到指定的細(xì)胞核中，并且還會對諸多與UPR之間存在關(guān)聯(lián)的基因進(jìn)行上調(diào)，以此來更好的幫助蛋白折疊。在整個哺乳動物體系當(dāng)中，對于ATF6而言，其會被BiP長期滯留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，基于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的影響、作用與脅迫下，COPII會借助于膜泡運(yùn)輸，把ATF6持續(xù)向高爾基體傳送。在植物當(dāng)中，大多經(jīng)過預(yù)測明確是?？坑谝苿痈郀柣w（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口位點(diǎn)），無需中間囊泡，便可以把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白以一種合理方式向高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)；雖然是這樣，許多報道指出，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)至高爾基體，在其整個轉(zhuǎn)運(yùn)過程相關(guān)于COPII裝置。

2.2 AtbZIP60/OsbZIP74途徑分析

針對擬南芥bZIP60（水稻bZIP74）來講，其在具體的活化方式上，不同于AtbZIP28。對于AtbZIP60/OsbZIP74所持有的mRNA來講，其可以根據(jù)實(shí)際需要，形成二級發(fā)夾結(jié)構(gòu)，并且還會被IRE1識別出來，于mRNA水平上，開展非常規(guī)剪切操作。在整個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)當(dāng)中，隨著未折疊蛋白質(zhì)的持續(xù)、不間斷積累，IRE1蛋白便會根據(jù)實(shí)際情況，形成多聚體，將IRE1所對應(yīng)的蛋白激酶活性激活，加速自體磷的持續(xù)酸化，從中推動內(nèi)切核酸酶活性的不斷激活，還需要指出的是，通過對bZIP60mRNA中所存在的雙莖環(huán)結(jié)構(gòu)激活，并將其中的23個核苷酸去除掉，勢必會造成閱讀框移碼，并且還會出現(xiàn)異?；慕K止密碼子，受此影響，其便會被重新編碼，成為一個并沒有跨膜域的單純性的蛋白形式。針對形式來講，其不僅擁有轉(zhuǎn)錄激活活性，而且還有核定位信號，可以根據(jù)實(shí)際需要，進(jìn)入到細(xì)胞核當(dāng)中，并對UPR基因表達(dá)實(shí)施上調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的更好生存。針對植物當(dāng)中的IRE1蛋白來講，其與酵母與動物當(dāng)中的IRE1蛋白序列向比較，存在著比較高的同源性，但需要指出的是，針對與IRE1蛋白相對應(yīng)的剪接底物來講，其所持有的核苷酸序列，相比于酵母與動物的IRE1蛋白所持有的剪接底物核苷酸序列，存在著比較低的相似性。

2.3 NAC062途徑分析

針對真核的分泌系統(tǒng)來講，其主要由疏水區(qū)域、囊泡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體與質(zhì)膜構(gòu)成。針對NAC062來講，其在整個植物特異轉(zhuǎn)錄因子NAC家族當(dāng)中，乃是其核心成員，針對其C-末端而言，其存在著比較典型的疏水跨膜域。針對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑TM來講，其能夠?qū)AC062實(shí)施誘導(dǎo)，使其表達(dá)上調(diào)，而針對此種上調(diào)而言，其在整個bzip60突變體當(dāng)中，已經(jīng)被全部抑制，但需要指出的是，如若其在bzip28突變體當(dāng)中，則受到的影響較?。唤?jīng)酵母單雜交試驗(yàn)以及EMSA實(shí)驗(yàn)得知，針對bZIP60而言，其能夠與NAC062啟動子直接結(jié)合。當(dāng)處于正常狀態(tài)下，NAC062能夠在質(zhì)膜上實(shí)現(xiàn)定位，并且在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的作用與脅迫下，會被一種未知方式進(jìn)行活化處理，從質(zhì)膜向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移，而針對已經(jīng)活化的NAC062，其能夠與UPR基因所對應(yīng)的啟動子相結(jié)合，對促細(xì)胞生存基因?qū)嵤┱{(diào)控。

3植物細(xì)胞死亡因子與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答

3.1異三聚體G蛋白

針對擬南芥異源三聚體G蛋白來講，當(dāng)其持續(xù)被脅迫信號進(jìn)行誘導(dǎo)時，其在整個程序性細(xì)胞死亡當(dāng)中發(fā)揮著重要作用。針對異三聚體G蛋白來講，其主要由3中亞基組成，分別為 、 與 ，針對G 來講嗎，其擁有GTPase活性。有研究指出，在與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅存在關(guān)聯(lián)的程序性細(xì)胞死亡中，異三聚體G蛋白均有一定參與。在整個擬南芥當(dāng)中，當(dāng)將G 敲除之后，如果培養(yǎng)基中含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑，那么其相比于對照野生型和G ，有更好的生長價值，由此表明，在植物中，暗示G （AGB1）能夠一定程度加速細(xì)胞死亡，但在報道其作用機(jī)制方面卻并不多?，F(xiàn)實(shí)當(dāng)中，有報道指出，當(dāng)敲除G 后，針對突變體而言，其相比于野生型對照，在具體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)劑上，會變得更為的敏感，AGB1具有穩(wěn)定與促進(jìn)細(xì)胞生存的作用，但針對其作用機(jī)制而言，仍需開展深入研究。

3.2 Metacaspase

在整個哺乳動物體系當(dāng)中，caspase在細(xì)胞凋亡發(fā)揮著關(guān)鍵作用。而在植物細(xì)胞當(dāng)中，并無細(xì)胞凋亡情況出現(xiàn)。針對植物當(dāng)中的Metacaspase而言，其盡管無caspase活性，但是，其被當(dāng)作與動物細(xì)胞凋亡當(dāng)中的caspase同源。在擬南芥當(dāng)中，其共有metacaspase9個，其中，針對metacaspase-8而言，有研究指出，其受UVC、過氧化氫影響，已經(jīng)出現(xiàn)大幅度上調(diào)，并將細(xì)胞死亡途徑激活。除此之外，無論是在植物木質(zhì)部形成方面，還是在重金屬脅迫上，均能檢測到相關(guān)于PCD類的caspase活性。

4結(jié)語

綜上，針對蛋白折疊而言，其乃是真核細(xì)胞基礎(chǔ)生物學(xué)的整個過程表現(xiàn)。對于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)而言，其實(shí)為真核細(xì)胞的核心細(xì)胞器，全部分泌蛋白以及諸多膜蛋白，均需基于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中來加工，只有這樣方能向其他細(xì)胞器轉(zhuǎn)運(yùn)，然后分泌至細(xì)胞外，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)功能的最大化發(fā)揮。隨著膜結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子bZIP28、bZIP60的被發(fā)現(xiàn)，其為植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫領(lǐng)域的深入研究，開辟了新思路、新途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 張雙雙，劉建祥，陸孫杰.熱激轉(zhuǎn)錄因子HSFA1d參與植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫應(yīng)答[J].中國科學(xué)：生命科學(xué)，2016，46（04）：441.

[2] 陳清法，馮海霞，郭尚敬.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小分子量熱激蛋白的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（01）：83-84.

[3] 曹廣燦，林一欣，薛梅真等.玉米種胚內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因?qū)θ斯だ匣幚淼捻憫?yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（03）：429-442.