比利时根特大学揭示TPC复合物识别并启动质膜货物蛋白内吞作用的分子机制

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者SCI Shi

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2022年12月1日，Nature Plants在线发表了比利时根特大学Daniël Van Damme和Peter Grones团队及其合作者题为“The endocytic TPLATE complex internalizes ubiquitinated plasma membrane cargo”的研究论文。TASH3是TPC复合物大亚基之一。该研究鉴定到TASH3缺失C端SH3结构域的突变体nosh，发现它可导致泛素化货物蛋白在质膜上积累；而TASH3的SH3结构域可结合泛素，可通过识别质膜上的泛素化货物蛋白并启动它们的内吞作用；揭示了TPC识别和启动质膜货物蛋白内吞作用的分子机制。

https://doi.org/10.1038/s41477-022-01280-1

植物细胞的轮廓由细胞壁和质膜（PM）构成；在脂质双层PM中存在着大量的膜整合蛋白，它们对于接收细胞周围环境的信息至关重要。为了适应不断变化的外部环境，植物细胞需要快速更新和调整其PM蛋白质组；胞吐作用（exocytosis）可使蛋白质聚集到PM上，而内吞作用（endocytosis）则负责内化囊泡介导的 PM物质和细胞外配体（统称货物蛋白），从而调节PM上的蛋白质丰度来控制植物对外界刺激的感知。在植物中，网格蛋白介导的内吞作用（clathrin-mediated endocytosis, CME）是最突出的内化途径，它依赖于两个多聚体衔接复合体，即AP-2和TPC复合体。TPC复合物的组件主要有六个：TPLATE、TML、TASH3、LOLITA、TWD40-1和TWD40-2，且它们在进化上保守；另外还有两个植物特异性亚基，即AtEH1/Pan1和AtEH2/Pan1。已有研究表明，TPC在花粉和体细胞植物发育过程中发挥着重要作用。PM蛋白质的泛素化修饰，可触发货物蛋白的内吞作用；但是，PM上泛素化修饰的货物蛋白是如何被识别的，CME又是如何被启动的，其分子机制仍不清楚。

该研究首先鉴定到TASH3亚基的一个新突变体nosh，它可产生缺乏C末端SH3结构域的TASH3截短蛋白。通过表型分析，该研究发现突变体nosh不会影响植物的生命周期；但表现出发育延迟且会严重损害细胞的内吞作用。同时，TASH3-GFP的表达，可恢复nosh突变体的表型（Figure 1）。

Figure 1. 突变体nosh可严重损害细胞的内吞作用

细胞因子突触蛋白KNOLLE在细胞板成熟后可被CME特异性降解；利用KNOLLE-GFP在根尖的延时成像，该研究发现，KNOLLE-GFP在nosh成熟细胞板中的存在时间被显著延长了。进一步研究发现，AtEH1/Pan1在nosh中仍可定位在PM上，nosh不会阻碍TPC复合物的形成，但六聚体复合物与AtEH1/Pan1之间的互作减弱了；表明TASH3的SH3结构域可增强TPC复合物的稳定性（Figure 2）。

Figure 2. nosh可影响TPC复合物的稳定性

那么，TASH3的SH3结构域是如何起作用的呢？该研究发现，AtEH1/Pan1在nosh中与六聚体复合物的脱离与SH3结构域的缺失无关；但SH3结构域可结合泛素，从而导致泛素化PM蛋白在nosh中积累（Figure 3）。另外，通过比较PM蛋白质组学，该研究鉴定出了多种潜在的PM货物蛋白，并显示这些货物蛋白在nosh中具有显著的差异性积累。

Figure 3. TASH3的SH3结构域可结合泛素

选取上述PM货物蛋白中的膜受体蛋白激酶TMK1，研究人员证实TASH3的SH3结构域缺失会减少TMK1的内化并导致泛素化TMK1在PM上的积累；表明nosh主要影响了泛素化货物蛋白的内化，而不是一般的内吞作用（Figure 4）。与此一致，KNOLLE的降解和泛素化延迟是由于nosh中的TPC复合物无法正确识别泛素化的PM货物蛋白。通过比较pBRI1::BRI1-mCitrine和无泛素化位点的pBRI1::BRI1-25KR-mCitrine转基因株，该研究进一步证实，TASH3的SH3结构域能特异性的与BRI1-mCitrine共纯化；为TASH3的SH3结构域对泛素化货物蛋白的识别作用提供了直接证据。

Figure 4. nosh可导致泛素化货物蛋白在PM上的积累

综上所述，该研究鉴定到TPC复合物大亚基之一TASH3缺失C端SH3结构域的突变体nosh，发现TASH3的SH3结构域可结合泛素，通过识别PM上的泛素化货物蛋白以介导它们的内吞作用，从而调控货物蛋白在PM上的蛋白质丰度以控制植物对外界刺激的感知；SH3结构域在nosh中的缺失，可导致泛素化货物蛋白在PM上的积累；揭示了TPC识别和启动PM货物蛋白内吞作用的分子机制。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-022-01280-1

来源：MP植物科学

转自：“iPlants”微信公众号

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