關鍵植物免疫蛋白殺死細胞抵御病原體的機制

　　研究人員拼湊出關鍵植物免疫蛋白殺死細胞以抵御病原體的機制

　　植物細胞自我毀滅以求生存（Cell | 重磅！中科院遺傳發育所周儉民等人研究揭示抗病蛋白如何保護植物免受病原體的侵害！）。在檢測到病原體后，它們會引發連鎖反應，最終摧毀它們，防止疾病傳播。現在，科研人員已經發現了這種自我毀滅背后的機制。植物防御蛋白聚集在一起刺穿細胞膜，打開進入受感染細胞的通道。2021 年 6 月 17 日，頂級權威學術期刊Science發表了北卡羅來納大學教堂山分校Jeffery L. Dangl團隊合作的最新相關研究成果，題為Plant “helper” immune receptors are Ca²⁺-permeable nonselective cation channels的研究論文。

　　已知這種病原體誘導的細胞死亡發生在植物中。防御蛋白在 1990 年代中期首次被發現，但沒有人知道它們是如何控制細胞死亡和免疫反應的，本研究揭示它們通過一種前所未見的途徑發揮作用。因為這個蛋白質家族存在于大多數陸地植物中，所以該機制可能適用于整個植物界。這是一個非常重要的進步。

　　科研人員研究的蛋白質稱為 NLR，可檢測特定的病原體分子。大多數植物攜帶數百個 NLR 的基因。幾年前，科研人員偶然發現了一篇論文，報道了其中一種蛋白質的有趣現象，它們聚集在一起并向細胞膜移動——這種行為在制造膜通道的蛋白質中很常見。科研人員想知道NLR 蛋白是否會發生類似的事情，以及它是否可能與細胞死亡途徑有關。研究人員使用X 射線晶體學技術來拍攝這種 NLR 蛋白質結構的詳細照片。然后對蛋白質進行了有針對性的突變，以了解不同位置的變化如何影響其功能。通過測試不同版本的蛋白質在細胞和實驗室培養皿中的表現，研究人員拼湊出其作用模式的圖片。這張照片看起來是這樣的：在病原體存在的情況下，NLR 蛋白融合成一種巨型蛋白。然后，部分蛋白質形成漏斗狀結構，刺入受感染細胞的膜。這會創建一個通道，讓鈣進入細胞。因為高水平的鈣是有毒的，流入可能意味著細胞死亡。

　　在另一項實驗中，科研人員設計了包含 NLR 蛋白的人類細胞。人體細胞沒有植物免疫系統的任何其他部分。但結果表明，僅僅擁有一種活性 NLR 蛋白就足以讓鈣進入并殺死細胞。這表明蛋白質是鈣激增背后的驅動力。接下來，該團隊正在探索鈣是直接殺死植物細胞，還是開啟其他導致細胞死亡的防御途徑。敲定這些途徑可以更好地了解植物如何保護自己，這有助于改進抗病作物的設計。

　　圖 1 NRG1.1 CC-R 類似于 ZAR1 和 MLKL 4 螺旋束

　　圖 2 活性 NRG1.1 (D485V) 在質膜上寡聚化并觸發細胞死亡

　　圖 3 NRG1.1 形成可滲透 Ca²⁺ 而不是 Cl ^-的離子通道

　　圖 4 Ca2+ 流入和細胞死亡需要保守 RNL 基序中的負電荷殘基

　圖5 NRG1.1 D485V形成非選擇性陽離子通道