导读
植物激素辅酶通过细胞核中一个特征明确的感知机制引发转录重编程。相比之下，支撑辅助素快速效应的机制，如离子通量的调节、蛋白质的快速磷酸化或辅助素对其运输的反馈，仍然不清楚。辅酶结合蛋白1（ABP1）是否是一个辅酶受体，几十年来一直是一个争论的焦点。作者在此表明，拟南芥ABP1的一部分是分泌的，并在典型的叶绿体的酸性pH值下特异性地结合辅助素。ABP1及其质膜定位的伙伴，跨膜激酶1（TMK1），是辅助素诱导的超快速全球磷酸化反应和下游过程所必需的，包括H+-ATP酶的激活和加速细胞质流。一个缺乏结合辅助素能力的ABP1(M2X)变体不能补充abp1突变体的这些缺陷。这些数据表明，ABP1是基于TMK1的细胞表面信号的辅助素受体，它介导了全球磷酸化反应和辅助素的渠化。
论文ID
题目：ABP1–TMK auxin perception for global phosphorylation and auxin canalization
期刊：Nature
IF：69.504
发表时间：2022年9月7日
通讯作者单位：奥地利科学和技术研究所
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05187-x
主要内容：
植物激素辅助素以不同的形式存在，其中最常见的是吲哚-3-乙酸（IAA）。辅酶调节一系列关键的植物过程，包括胚胎发育、器官形成、从主茎发出的侧枝，以及对光或重力等刺激的定向（热带）生长。作者对辅助素如何在细胞表面被感知提出了新的见解。这个过程涉及一个介导信号反应的受体，以及一个与辅酶结合并与信号介导受体结合的共受体蛋白。
辅酶信号的大多数方面都涉及到细胞核中一个已被充分描述的机制。在没有辅助素的静止状态下，AUX/IAA蛋白（可作为辅助素的共同受体）与称为ARF的蛋白结合，抑制一组基因的转录。细胞内合成的或从其他地方运输的辅助素促进AUX/IAA蛋白与TIR/AFB家族的受体蛋白（TIR1、AFB1、AFB2、AFB3或AFB4）结合，启动一个导致AUX/IAA蛋白降解的过程。其结果是解除对ARF依赖性基因转录的抑制，以激活 auxin依赖性基因的表达。
然而，一些辅酶反应，最明显的是那些通过激活细胞膜上称为H+-ATP酶的质子泵迅速激活细胞扩张和辅酶运动的反应，似乎至少部分独立于这个涉及核共受体的系统。细胞膜上的电势下降和钙离子的涌入在IAA应用的几秒钟内发生。这些过程既取决于AUX1蛋白，它能使辅酶输入，也取决于细胞内的TIR1/AFB受体。辅酶抑制根系生长对重力的反应是通过一种机制发生的，该机制与Friml等人提出的机制无关。其他现象，如受伤后依赖辅助素的导流血管组织的再生，残留在缺乏TIR1/AFB系统成分的植物拟南芥的突变体中。
50年来，细胞表面的主要候选辅酶受体是辅酶结合蛋白1（ABP1），它是在玉米中发现的，随后在许多其他植物物种中被确认。然而，与它的共同受体地位有关的证据不一致，使人们对它与辅助素有关的作用产生怀疑。关于ABP1功能的深入讨论。由一位在过去35年里花了很多时间研究ABP1的结构和功能的研究人员撰写，它对ABP1研究的稳定和不稳定的历史提供了一个很好的总结）。
人们普遍认为ABP1含有一个氨基酸序列，该序列将其定位在内质网中，内质网是一个细胞器，其中IAA、称为IAA-氨基共轭物的IAA版本和ABP1都很丰富。ABP1可以在酸性条件下与一种叫做NAA的人工膜渗透性辅助素和一种 "次要的 "天然辅助素苯乙酸强烈结合，与细胞外区域（细胞壁和细胞表面）存在的条件相当。然而，尽管ABP1几乎完全定位于内质网，但在该细胞器特有的中性pH值下，ABP1并不与这些分子强烈结合。ABP1不被认为是一种辅助素共同受体的另一个原因是，编码ABP1的基因的 "功能丧失 "突变与发育缺陷或与普通环境反应有关的问题无关，如果辅助素信号受到干扰，可能会出现这种情况。Friml等人着手将ABP1的作用与细胞表面的辅助素反应的一个子集联系起来。
为Friml及其同事的研究铺平道路的是TMK1蛋白的出现，它是一种参与辅助素反应的受体，被认为有ABP1作为共同受体，并且TMK1可能与共同受体合作，这些共同受体是与ABP1同族的相关蛋白（被称为杯状蛋白家族），在细胞表面比ABP1更丰富。TMK1的功能是作为一种酶，称为激酶，通过磷酸化--在目标蛋白上添加磷酸基团，调节细胞膜和细胞核中的辅酶反应。TMK1能直接激活细胞膜上的H+-ATP酶，并驱动辅助素信号发出后的细胞伸长。它还在维持A. thaliana幼苗在黑暗中生长时的结构中发挥作用--既通过抑制TAA1酶，该酶在细胞膜中催化辅酶的合成，又通过稳定细胞核中两个AUX/IAA转录抑制蛋白。
Friml及其同事着手确定ABP1的位置，并研究细胞表面的辅助素结合。他们用两种方法表明，ABP1在细胞外pH值为5.5时与IAA结合，而在细胞内pH值为7.0时不结合，尽管其亲和力大大低于对NAA的亲和力。作者推测，与体外条件相比，在植物中观察到的对IAA的较高亲和力可能取决于其他因素，其中可能包括细胞膜上的一个共同受体。
使用一种叫做透射电子显微镜免疫染色的技术，作者证明了少量ABP1聚集在根和芽的细胞外区域的存在。他们特别解决了两个可能影响结果的常见技术问题。一个是使用抗体对ABP1进行实验定位或失活，可能会受到其他杯状蛋白家族成员存在的影响。另一个问题是，导致感兴趣的蛋白质高于正常水平的实验操作，或产生一个修饰的、"标记 "的蛋白质版本，可能导致异常的蛋白质积累。
所描述的大多数实验确实使用了工程版本的ABP1与荧光蛋白融合以达到追踪的目的--而且这种融合蛋白的表达水平高于正常水平，因为DNA序列（称为启动子）被用来驱动该蛋白的高表达。然而，作者证明，在使用其正常的启动子表达该蛋白后，或在ABP1融合蛋白的不同部分插入荧光标签后，可以发现类似的ABP1细胞外集群。作者报告了在这些情况下丰度的差异，但使用不同的实验条件和方法观察到的细胞位置并没有不一致的地方。
Friml及其同事报告了一个令人印象深刻的ABP1-TMK1的磷酸化目标数据集，其中包括蛋白质肌球蛋白和细胞膜H+-ATP酶。这些磷酸化事件可以在接触到辅酶两分钟后确定。tmk1、tmk3和tmk4突变体以及abp1突变体中的磷酸化目标基本没有，tmk1和abp1中缺失的目标部分重叠。作者令人信服地表明，ABP1-TMK1对伤口后的血管再生和相关的动态 "渠化 "辅酶流现象都是必要的，这一过程通过追踪蛋白PIN1来监测，它是新的血管化和器官形成所需的。作者显示，这两种现象发生在几小时或几天的时间范围内。因此，尽管辅酶和ABP1-TMK1的相互作用可能发生在细胞表面，但观察到的时间框架表明，核信号，或许还有内质网，也可能参与其中。理论上，细胞内的成分，甚至可能是细胞膜上TMK1的裂解部分，可能会增强IAA-ABP1在内质网中的相互作用。
因此，该报告解决了有关ABP1生物化学（与天然和人工辅酶的结合有关）和亚细胞分布的两个未决问题。它还确定了一系列在ABP1-TMK1感知辅酶后直接或间接磷酸化的目标，并指出血管再生和渠化辅酶流是ABP1-TMK1功能分析的试验床。因此，这些发现使研究人员能够放心地继续研究这个假定的共同受体系统的过程。TIR1类蛋白还有待充分探索，而Friml及其同事描述的ABP1-TMK1的磷酸化目标是多样的，因此所提供的信息为未来的研究提供了大量的机会。当然，我们仍然需要确定绝大多数位于内质网的ABP1在做什么。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05187-x
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