植物细胞器循环利用细胞之旅的新一站

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表达自噬体标记 ATG8E(左)、自噬受体标记 NBR1(中)或新发现的自噬接头 CFS1(右)的拟南芥根表皮细胞的共聚焦显微镜图像。 液泡以灰色显示。 NBR1 定位于自噬体内部,而 ATG8 可定位于自噬体的内膜和外膜。 右图显示 CFS1 是一种自噬适配器,主要定位于外自噬体膜。 学分:达格达斯/JCB/GMI

“轮辐”系统使植物细胞能够有效地协调细胞运输,特别是对于细胞回收,即所谓的自噬过程。 专门的囊泡,即自噬体,会吞噬有害分子并将它们带到液泡,在那里它们被降解。 在这个过程中,自噬体使用植物中鲜为人知的分子机制成熟。

现在,来自奥地利科学院 (GMI) 的 Gregor Mendel 分子植物生物学研究所的研究人员描述了自噬在植物细胞中使用轮辐模型的机制。 研究结果发表在 细胞生物学杂志.

最初,自噬被认为是细胞在饥饿或压力下的生存过程。 然而,自噬越来越多地被理解为一种质量控制机制,它通过回收不再需要或有害的细胞成分来确保细胞的正常功能。 在自噬的帮助下,细胞补充其分子资源并产生响应环境变化所需的一些能量。

自噬通过自噬体、双膜囊泡来吞噬待降解的物质。 “自噬体是出生、成熟和死亡的细胞器,”GMI 小组负责人、该研究的通讯作者之一 Yasin Dagdas 说。 “我们对自噬体是如何诞生的了解很多,但对它们的成熟路径和运送到最终目的地的情况知之甚少,尤其是植物细胞。” 在植物细胞中,“最终目的地”是液泡,这是一种占据细胞体积约 80% 的大型细胞器,充满消化酶。







拟南芥根表皮细胞中新发现的植物自噬接头 CFS1(洋红色)与自噬体标记 ATG8A(绿色)的共同运动。 学分:达格达斯/GMI

许多囊泡细胞器,如自噬体,在细胞中起作用。 他们以精心安排的方式穿过细胞,以成熟并履行其职能。 在他们最新的出版物中,Dagdas 和他的团队表明,植物自噬体在到达液泡的过程中并不遵循直接的线性路径。 “我们还不知道这是否适用于所有植物自噬体,但我们表明至少其中一些在到达液泡之前停在不同的位置,”Dagdas 说。

研究人员利用生物化学、细胞成像和结构生物学中的互补方法,表明植物自噬体首先与称为“多泡体”(MVB)的其他内体细胞器融合形成所谓的“两性体”。 反过来,两性体然后与液泡融合。

他们发现的核心是自噬适配器 CFS1 的发现,该分子识别自噬体和 MVB 上的膜标记,从而介导它们的融合。 研究人员证明,两性体可作为细胞分选中心,用于自噬体的成熟及其向液泡的运输。

植物细胞器循环利用细胞之旅的新一站

表达突变植物自噬适配器 CFS1(洋红色)的自噬体不能与多泡体(MVB,绿色)完全融合。 学分:达格达斯/GMI

“贩运途径非常复杂,但都需要协调,”达格达斯说。 “产生囊泡对细胞来说在能量上是昂贵的。因此,我们相信通过使用两性体作为自噬体的分选中心,细胞可以优化其能量效率。”

科学家们将这种分拣中心模型与航空业和其他供应链物流中的“中心辐射”系统进行了比较。 “通过让所有材料通过集中枢纽转运,细胞减少了其后勤成本,因为所需的路线更少。此外,该系统使细胞变得经济,因为复杂的操作可以在枢纽中进行,而不是在每个自噬体中单独组织”达格达斯解释道。

研究人员证实了自噬适配器 CFS1 在两种进化距离较远的植物模式生物中的功能:拟南芥和多形金缕梅,因此表明这种自噬体成熟机制在植物中是保守的。 由于自噬在细胞应激的调节中起着核心作用,这项研究可以在工程植物囊泡运输中找到未来的应用,以帮助提高植物的应激耐受性。


新结果显示哪些蛋白质有助于体内的自然循环过程


更多信息:
Jierui Zhao 等人,植物自噬体在递送至中央液泡之前成熟为两性体, 细胞生物学杂志 (2022 年)。 DOI: 10.1083/jcb.202203139

由 Gregor Mendel 分子植物生物学研究所提供

引文:植物中细胞器循环利用的新一站(2022 年 10 月 19 日),2022 年 10 月 19 日检索自 https://phys.org/news/2022-10-cellular-journey-recycling-organelles.html

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