Nature Com｜德国研究人员揭示拟南芥中DPH1的功能保守性

2022年7月11日，Nature communications在线发表了德国波鸿鲁尔大学Ute Krämer团队及其合作者题为“Translational fidelity and growth of Arabidopsis require stress-sensitive diphthamide biosynthesis”的研究论文。该研究发现并鉴定了拟南芥中DPH1的功能，它介导了植物eEF2的白喉酰胺修饰；揭示了eEF2白喉酰胺修饰的保守性。

https://doi.org/10.1038/ s41467-022-31712-7

白喉酰胺（Diphthamide）是一种翻译后修饰的组氨酸残基，存在于真核生物的蛋白质合成延伸因子eEF-2的多肽链中；是白喉毒素（diphtheria toxin）的致敏靶标。在酵母、小鼠和人类细胞中，白喉酰胺具有保守的生物合成途径，由DPH1-DPH7来完成；其中，DPH1为4Fe-4S簇蛋白。尽管白喉酰胺的生物合成在进化上保守，但白喉酰胺是否存在于植物中，以及它在植物中的功能，并不清楚。

为了解答上述问题，该研究在拟南芥中找到了DPH1同源物AtDPH1；并发现dhp1突变体可影响植物的正常生长率，如主根变短、植物变小等（Figure 1）。亚细胞定位显示，AtDPH1定位在细胞质中。在酵母和小鼠细胞中，DPH1的功能缺失可导致蛋白质生物合成中的-1核糖体移码率升高；与其一致，dhp1-1和dhp1-2可使-1核糖体移码率分别升高47%和39%；表明AtDPH1在维持翻译保真度中发挥着重要作用。

与幼苗的表型一致，dhp1成体也比野生型要小；那么，该表型的调控机制是什么呢？利用EdU染色和细胞周期标记CYCB1;1，该研究发现dhp1中的细胞增殖变弱了，并减弱了TOR的激酶活性（Figure 2）。进一步通过RNAseq比较dhp1和野生型，该研究发现了一系列AtDPH1调控的基因。其中，TCTP1的转录和翻译在dhp1中显著降低，与TCTP1下调表现出的矮化和细胞周期延长一致。

核糖体-1移码生成的非功能性蛋白质，可诱导细胞的自噬反应（autophagy）。利用ATG8a-GFP转基因株，该研究证实，dhp1可激活细胞的自噬反应。活性氧（ROS）和重金属都会影响Fe-S簇结合位点；通过不同浓度铜离子和镉离子的处理，该研究发现，铜离子和镉离子可抑制植物的生长，同时伴随着未被白喉酰胺修饰的eEF2的积累（Figure 3）；表明非生物胁迫可影响eEF2的白喉酰胺修饰。

综上所述，该研究发现并鉴定了拟南芥中DPH1的功能，它介导了植物eEF2的白喉酰胺修饰；DPH1的功能缺失可降低植物细胞的增殖、减弱TOR活性，从而延迟植物的生长，同时提高核糖体-1移码率，并激活细胞自噬反应。另外，非生物胁迫（如重金属），可干扰植物中白喉酰胺的生物合成，促进未修饰eEF2的积累。与其他真核生物一致，该研究揭示了eEF2白喉酰胺修饰的保守性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31712-7

转自：植物科学SCI

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