厲害了！蛋白質組學大(dà)爆發，Nature同期4篇，助推多(duō)領域取得(de)重大(dà)突破！
發布時(shí)間(jiān)：
2021-09-15
在今中國西北部新疆南部的塔裏木盆地偏遠沙漠中發現了4000年曆史的自然木乃伊個(gè)體(tǐ)，引發了對這些(xiē)個(gè)體(tǐ)血統的數(shù)十年猜測。來(lái)自吉林大(dà)學的崔銀秋教授研究團隊，運用基因組學和(hé)古蛋白質組學，解決了木乃伊的遺傳起源問題，并表明(míng)它們是古老的、遺傳上(shàng)孤立的種群的後裔。作(zuò)者的結論對未來(lái)對亞洲內(nèi)陸史前史的研究具有(yǒu)重要意義，這些(xiē)研究必須解決文化交流與遺傳祖先之間(jiān)的複雜關系。
年來(lái)蛋白質組技(jì)術(shù)應用取得(de)飛速發展，高(gāo)水(shuǐ)平研究成果風起雲湧，層出不窮。僅2020年，國際頂級期刊Cell，Nature ，Science累計(jì)發表75篇蛋白質組學、及蛋白質修飾組學技(jì)術(shù)相關研究成果，在生(shēng)命科學、醫(yī)學與農業科學領域接連取得(de)重大(dà)突破。
2021年10月27日，Nature同期發表4篇蛋白質組學技(jì)術(shù)相關研究成果，在植物生(shēng)物學、細胞生(shēng)物學等衆多(duō)研究領域取得(de)突破。其中有(yǒu)加州大(dà)學河(hé)邊分校(xiào)楊貞标、福建農林大(dà)學林文偉運用蛋白質組及磷酸化修飾組技(jì)術(shù)，揭示植物細胞“酸性生(shēng)長”的核心機制(zhì)！奧地利科學技(jì)術(shù)學院JiříFriml教授課題組通(tōng)過在拟南芥中運用磷酸化修飾組學技(jì)術(shù)，揭示了根生(shēng)長中H+通(tōng)量的細胞表面和(hé)細胞內(nèi)生(shēng)長素信号傳導！吉林大(dà)學崔銀秋團隊運用古蛋白質組學在青銅時(shí)代塔裏木盆地木乃伊的起源研究取得(de)重大(dà)突破！美國紐約洛克菲勒大(dà)學Kıvanç Birsoy研究團隊運用細胞器(qì)蛋白質組學揭示哺乳動物細胞中線粒體(tǐ)谷胱甘肽輸入的分子機制(zhì)！
一、基于TMK的細胞表面生(shēng)長素信号激活細胞壁酸化
生(shēng)長素（auxin）是第一個(gè)被發現的植物激素，也是植物中最重要的激素之一，幾乎參與了植物所有(yǒu)的生(shēng)長發育與逆境相應相關的調控過程。生(shēng)長素的重要功能之一是促進細胞的伸長。然而，生(shēng)長素如何介導質子泵酸化細胞壁的分子機制(zhì)一直懸而未決。加州大(dà)學河(hé)邊分校(xiào)楊貞标、福建農林大(dà)學林文偉合作(zuò)揭示了植物通(tōng)過細胞膜表面類受體(tǐ)激酶家(jiā)族蛋白（TMK）感受生(shēng)長素，通(tōng)過特異位點磷酸化激活細胞膜表面的質子泵（H+-ATPase)，導緻細胞壁酸化，促進細胞的伸長及組織生(shēng)長。
該研究充分解析了“酸性生(shēng)長假說”的具體(tǐ)機制(zhì)。通(tōng)過免疫沉澱結合蛋白質譜（IP-MS）的方法發現類受體(tǐ)激酶(TMK1)和(hé)定位于細胞膜上(shàng)的質子泵家(jiā)族（H+-ATPase, AHAs）的多(duō)個(gè)成員互作(zuò)，磷酸化修飾組學進一步揭示生(shēng)長素通(tōng)過TMK特異性磷酸化質子泵AHA的C端保守的蘇氨酸位點，激活其質子泵活性，導緻大(dà)量的質子被泵出細胞外，從而引起細胞壁酸性化和(hé)細胞的伸長。
圖、生(shēng)長素誘導的H+-ATPase磷酸化和(hé)激活需要TMK1和(hé)TMK4
二、根生(shēng)長中H+通(tōng)量的細胞表面和(hé)細胞內(nèi)生(shēng)長素信号傳導
植物對重力的反應，其中芽向上(shàng)彎曲，根向下彎曲。這個(gè)悖論是基于植物激素生(shēng)長素的相反作(zuò)用，它通(tōng)過一種未知的細胞機制(zhì)促進芽中的細胞擴張，同時(shí)在根中抑制(zhì)它。來(lái)自奧地利科學技(jì)術(shù)學院JiříFriml教授課題組通(tōng)過在拟南芥中結合微流體(tǐ)、實時(shí)成像、基因工程和(hé)磷酸化蛋白質組學，揭示了根生(shēng)長中H+通(tōng)量的細胞表面和(hé)細胞內(nèi)生(shēng)長素信号傳導，加深了對生(shēng)長素如何抑制(zhì)根系生(shēng)長的理(lǐ)解。
研究團隊表明(míng)，生(shēng)長素激活兩種不同的、拮抗作(zuò)用的信号通(tōng)路，這些(xiē)通(tōng)路集中在質外體(tǐ)pH的快速調節上(shàng)。基于細胞表面的跨膜激酶1(TMK1)與質膜H+-ATPases相互作(zuò)用并介導磷酸化和(hé)激活以進行(xíng)質外體(tǐ)酸化，而細胞內(nèi)的典型生(shēng)長素信号促進淨細胞H+流入，導緻質外體(tǐ)堿化。這兩種抵消機制(zhì)的同時(shí)激活，為(wèi)在複雜土壤環境中進行(xíng)快速、靈敏的生(shēng)長調節奠定了基礎。
圖 、生(shēng)長素通(tōng)過質外體(tǐ)堿化快速抑制(zhì)根系生(shēng)長
三、 青銅時(shí)代塔裏木盆地木乃伊的基因組起源
在今中國西北部新疆南部的塔裏木盆地偏遠沙漠中發現了4000年曆史的自然木乃伊個(gè)體(tǐ)，引發了對這些(xiē)個(gè)體(tǐ)血統的數(shù)十年猜測。來(lái)自吉林大(dà)學的崔銀秋教授研究團隊，運用基因組學和(hé)古蛋白質組學，解決了木乃伊的遺傳起源問題，并表明(míng)它們是古老的、遺傳上(shàng)孤立的種群的後裔。作(zuò)者的結論對未來(lái)對亞洲內(nèi)陸史前史的研究具有(yǒu)重要意義，這些(xiē)研究必須解決文化交流與遺傳祖先之間(jiān)的複雜關系。
研究團隊發現青銅時(shí)代早期的準噶爾人(rén)主要表現出阿凡納謝沃血統，并有(yǒu)額外的本地貢獻，而早期-中期青銅時(shí)代的塔裏木人(rén)隻包含本地血統。針對來(lái)自小(xiǎo)河(hé)遺址的塔裏木人(rén)的牙石的蛋白質組學分析證實，牛、綿羊和(hé)山(shān)羊的牧場(chǎng)已經被當時(shí)的人(rén)口所實踐，表明(míng)該遺址自建立以來(lái)對奶牛畜牧業的依賴。研究團隊發現塔裏木盆地最早的文化似乎起源于遺傳上(shàng)孤立的當地人(rén)口，他們采用了鄰近的牧民和(hé)農業實踐，這使得(de)他們沿着塔克拉瑪幹沙漠的河(hé)流綠洲定居和(hé)繁榮
圖、确定塔裏木盆地青銅時(shí)代木乃伊的血統
四、哺乳動物細胞中線粒體(tǐ)谷胱甘肽輸入的分子機制(zhì)
谷胱甘肽(GSH)是一種小(xiǎo)分子硫醇，存在于所有(yǒu)真核生(shēng)物中，在氧化代謝中起關鍵作(zuò)用。線粒體(tǐ)作(zuò)為(wèi)氧化反應的主要場(chǎng)所，必須保持足夠的谷胱甘肽水(shuǐ)平以執行(xíng)保護和(hé)生(shēng)物合成功能。GSH僅在細胞質中合成，但(dàn)參與線粒體(tǐ)GSH輸入的分子機制(zhì)仍然未知。來(lái)自美國紐約洛克菲勒大(dà)學Kıvanç Birsoy研究團隊使用細胞器(qì)蛋白質組學等技(jì)術(shù)确定SLC25A39，一種功能未知的線粒體(tǐ)膜載體(tǐ)，作(zuò)為(wèi)GSH轉運到線粒體(tǐ)的調節劑。
研究團隊發現線粒體(tǐ)GSH的輸入是體(tǐ)外細胞增殖和(hé)小(xiǎo)鼠紅細胞發育所必需的。工程雙功能細菌GSH生(shēng)物合成酶(GshF)在線粒體(tǐ)中的異源表達使線粒體(tǐ)GSH産生(shēng)并改善由其消耗引起的代謝和(hé)增殖缺陷。最後，GSH可(kě)用性負調節SLC25A39蛋白豐度，将氧化還(hái)原穩态與哺乳動物細胞中線粒體(tǐ)GSH輸入耦合。研究團隊的工作(zuò)将SLC25A39确定為(wèi)線粒體(tǐ)GSH輸入機制(zhì)的重要和(hé)受調控的組成部分。
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