植物內質網脅迫應答研究及進展探討

魏圓圓

摘 要 本文以內質網脅迫為對象，就其在植物中應用進展作一探討。另外，本文還剖析了內質網脅迫與膜結合轉錄因子間所存在的關系，指出了在對內質網脅迫途徑進行研究中還沒有得到解決的問題，望能為深層化研究內質網脅迫與抗逆之間關系提供參考與依據。

關鍵詞 植物 內質網 脅迫應答

中圖分類號：Q503 文獻標識碼：A

在整個真核生物體系當中，蛋白質有著非常復雜的合成過程，而細胞質當中的核糖體為合成的核心場所。針對那些大分子蛋白，比如在整個細胞總蛋白中約占1/3的分泌蛋白，或者是膜蛋白等，需先進內質網，然后再根據實際需要，進行修飾與折疊，只有蛋白質經過正確、規范化的折疊與修飾，方能向細胞器中轉換（如細胞核、線粒體等），并將其生物功能最大化發揮出來。針對蛋白質整個折疊過程而言，不僅精細而且還比較復雜，易受外界影響，造成蛋白出現錯誤折疊，或者是難以折疊的情況。本文就植物內質網脅迫應答研究及進展作一探討。

1經典未折疊蛋白的基本應答途徑分析

1.1以IREl為介導的XBPmRNA非常規剪接途徑分析

在酵母中，IRE1乃是一個比較典型的內質網脅迫感應器，無論是在動物未折疊蛋白應答中，還是在植物應答中，均發揮著重要作用與地位。對于IRE1而言，其實為一個內質網駐留蛋白質，具有單次跨膜的特點，其不僅擁有內切核酸酶RNase活性，而且還有胞質激酶活性。在整個內質網當中，當未折疊蛋白質出現持續、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，且出現磷酸化，并使其內切核酸酶活性得到進一步激活；還需要指出的是，無論是動物XBP1，還是酵母HAC1，針對與之處于對應狀態的mRNA，實施非常規剪切處理，將一些核苷酸切掉，并對原有的蛋白形式進行重新編碼。針對此形式而言，其不僅擁有典型的轉錄激活活性，而且還擁有核定位信號，還可以進入細胞核，對蛋白折疊相應UPR基因進行調節，最終達到緩解內質網脅迫的目的。

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，實為一個bZIP家族跨膜轉錄因子（內質網II型），對于其N端來講，其多處于細胞質當中，在整個架構當中，其囊括有一個呈堿性狀態的亮氨酸拉鏈結構域，而對于C端來講，其多處于內質網腔。通常情況下，處于全長狀態的ATF6，會被BiP滯留，并且始終維持在內質網當中；還需要指出的是，基于內質網的影響及持續脅迫下，COPII會轉移ATF6，使其經膜泡，而持續運至高爾基體當中，然后由2個蛋白酶（S1P與S2P），實施分步酶切操作，完成酶切后，其形式會發生改變，其中不存在跨膜域，此時，經核定位信號，便會持續進入到細胞核中，將下游UPR相應基因表達予以激發；針對此種酶切方式來講，也業內又被稱作蛋白質水解方式。

1.3 PERK/ATF4-CHOP選擇翻譯性途徑分析

針對PERK來講，其實為一個能夠在內質網中定位，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，而對于N末端來講，其方向所指的是內質網腔，從根本上來講，其擁有比較典型且具有獨特性的絲/蘇氨酸蛋白激酶活性，現階段，僅能在動物當中被發現。針對翻譯起始因子eIF2來講，其內部所含有的 亞基（eIF2 ），便會以一種獨特方式與GTP相結合，然后可以與tRNA融合在一起，對起始復合物進行翻譯。如果內質網處于應激狀態，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，當其已經被磷酸化之后，便會對翻譯起始復合物當中的GTP與GDP的交換進行有效抑制，在此過程中，其會對蛋白質相應翻譯施加抑制，還會對其合成進行相應抑制，因而能夠較大程度減少進入到內質網當中的蛋白。

2植物膜結合轉錄因子與內質網脅迫應答

2.1 AtbZIP28途徑分析

當處于正常狀態下，針對擬南芥膜結合轉錄因子（bZIP28）來講，經跨膜域，實現在ER當中的定位，當感應到脅迫后（內質網脅迫、高溫等），對于此時的bZIP28來講，其便會進入高爾基體中，并且還會分別被絲氨酸蛋白酶當中的S1P、S2P實施分步酶切處理，將跨膜域去掉；在實際操作中，通過對位信號進行核定，并進入到指定的細胞核中，并且還會對諸多與UPR之間存在關聯的基因進行上調，以此來更好的幫助蛋白折疊。在整個哺乳動物體系當中，對于ATF6而言，其會被BiP長期滯留于內質網中，基于內質網的影響、作用與脅迫下，COPII會借助于膜泡運輸，把ATF6持續向高爾基體傳送。在植物當中，大多經過預測明確是停靠于移動高爾基體（內質網出口位點），無需中間囊泡，便可以把內質網蛋白以一種合理方式向高爾基體轉運；雖然是這樣，許多報道指出，從內質網至高爾基體，在其整個轉運過程相關于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，其可以根據實際需要，形成二級發夾結構，并且還會被IRE1識別出來，于mRNA水平上，開展非常規剪切操作。在整個內質網當中，隨著未折疊蛋白質的持續、不間斷積累，IRE1蛋白便會根據實際情況，形成多聚體，將IRE1所對應的蛋白激酶活性激活，加速自體磷的持續酸化，從中推動內切核酸酶活性的不斷激活，還需要指出的是，通過對bZIP60mRNA中所存在的雙莖環結構激活，并將其中的23個核苷酸去除掉，勢必會造成閱讀框移碼，并且還會出現異常化的終止密碼子，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，其不僅擁有轉錄激活活性，而且還有核定位信號，可以根據實際需要，進入到細胞核當中，并對UPR基因表達實施上調處理，實現細胞的更好生存。針對植物當中的IRE1蛋白來講，其與酵母與動物當中的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來講，其主要由疏水區域、囊泡、內質網、高爾基體與質膜構成。針對NAC062來講，其在整個植物特異轉錄因子NAC家族當中，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。針對內質網脅迫誘導劑TM來講，其能夠對NAC062實施誘導，使其表達上調，而針對此種上調而言，其在整個bzip60突變體當中，已經被全部抑制，但需要指出的是，如若其在bzip28突變體當中，則受到的影響較小；經酵母單雜交試驗以及EMSA實驗得知，針對bZIP60而言，其能夠與NAC062啟動子直接結合。當處于正常狀態下，NAC062能夠在質膜上實現定位，并且在內質網的作用與脅迫下，會被一種未知方式進行活化處理，從質膜向細胞核轉移，而針對已經活化的NAC062，其能夠與UPR基因所對應的啟動子相結合，對促細胞生存基因實施調控。

3植物細胞死亡因子與內質網脅迫應答

3.1異三聚體G蛋白

針對擬南芥異源三聚體G蛋白來講，當其持續被脅迫信號進行誘導時，其在整個程序性細胞死亡當中發揮著重要作用。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，在與內質網脅存在關聯的程序性細胞死亡中，異三聚體G蛋白均有一定參與。在整個擬南芥當中，當將G 敲除之后，如果培養基中含有內質網脅迫誘導劑，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胞死亡，但在報道其作用機制方面卻并不多。現實當中，有報道指出，當敲除G 后，針對突變體而言，其相比于野生型對照，在具體的內質網脅迫誘導劑上，會變得更為的敏感，AGB1具有穩定與促進細胞生存的作用，但針對其作用機制而言，仍需開展深入研究。

3.2 Metacaspase

在整個哺乳動物體系當中，caspase在細胞凋亡發揮著關鍵作用。而在植物細胞當中，并無細胞凋亡情況出現。針對植物當中的Metacaspase而言，其盡管無caspase活性，但是，其被當作與動物細胞凋亡當中的caspase同源。在擬南芥當中，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，已經出現大幅度上調，并將細胞死亡途徑激活。除此之外，無論是在植物木質部形成方面，還是在重金屬脅迫上，均能檢測到相關于PCD類的caspase活性。

4結語

綜上，針對蛋白折疊而言，其乃是真核細胞基礎生物學的整個過程表現。對于內質網而言，其實為真核細胞的核心細胞器，全部分泌蛋白以及諸多膜蛋白，均需基于內質網中來加工，只有這樣方能向其他細胞器轉運，然后分泌至細胞外，實現生物學功能的最大化發揮。隨著膜結合轉錄因子bZIP28、bZIP60的被發現，其為植物內質網脅迫領域的深入研究，開辟了新思路、新途徑。

參考文獻

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