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2月13日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心萬里研究組與張余研究組合作，在《自然》（Nature）上發(fā)表了題為Activation and inhibition mechanisms of a plant helper NLR的研究論文。該研究揭示了植物免疫反應(yīng)中通過形成異源三聚體激活與抑制細(xì)胞死亡的分子機(jī)制。

在漫長(zhǎng)的生命歷程中，植物為抵御病原體威脅，發(fā)展出一套復(fù)雜的免疫防御系統(tǒng)。其中，細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體識(shí)別病原體相關(guān)分子模式并激活PTI。細(xì)胞內(nèi)的核苷酸結(jié)合富亮氨酸重復(fù)受體（NLRs）識(shí)別病原體分泌的效應(yīng)因子并激活ETI。根據(jù)N端結(jié)構(gòu)域的不同，NLRs可分為TNL、CNL和RNL。其中，TNL和CNL作為sensor來感知病原菌效應(yīng)因子并啟動(dòng)免疫信號(hào)傳導(dǎo)；RNL作為helper NLR，在sensor TNL的下游執(zhí)行免疫功能。RNL分為ADR1和NRG1兩類。研究發(fā)現(xiàn)，TNL信號(hào)通路激活依賴于EDS1、PAD4和SAG101三個(gè)脂肪酶樣蛋白。當(dāng)效應(yīng)因子激活TNL時(shí)，產(chǎn)生的小分子信號(hào)誘導(dǎo)EDS1-PAD4與ADR1結(jié)合，EDS1-SAG101與NRG1結(jié)合，并觸發(fā)ADR1和NRG1在質(zhì)膜上寡聚化形成抗病小體，分別激活免疫抗性和細(xì)胞死亡通路。

擬南芥中，全長(zhǎng)的NRG1A和NRG1B作為正調(diào)控因子介導(dǎo)細(xì)胞死亡，且功能冗余。N-端截短的NRG1C可與EDS1-SAG101結(jié)合但負(fù)調(diào)控TNL介導(dǎo)的細(xì)胞死亡。EDS1-SAG101-NRG1A/B和EDS1-SAG101-NRG1C兩種三元復(fù)合體形成的分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及調(diào)控細(xì)胞死亡的分子機(jī)制不清楚。同時(shí)，EDS1-SAG101-NRG1A/B異源三聚體與NRG1A/B寡聚體之間的關(guān)系有待深入研究。

該團(tuán)隊(duì)探討了TNL被激活后EDS1-SAG101-NRG1A異源三聚體形成與NRG1A寡聚體形成之間的關(guān)系。在TNL弱激活條件下，EDS1-SAG101-NRG1A異源三聚體形成明顯，但NRG1A寡聚體形成不明顯。在TNL強(qiáng)激活條件下，EDS1-SAG101-NRG1A異源三聚體形成不明顯，而NRG1A寡聚體形成明顯。這提示，EDS1-SAG101-NRG1A異源三聚體與NRG1A寡聚體可能代表激活過程中的不同狀態(tài)。進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)，TNL被激活后，NRG1A寡聚化能力喪失的突變體L134E能夠穩(wěn)定EDS1-SAG101-NRG1A異源三聚體形成。因此，EDS1-SAG101-NRG1A三元復(fù)合體應(yīng)是代表NRG1A寡聚化前的中間狀態(tài)。也就是說，TNL激活產(chǎn)生的信號(hào)小分子導(dǎo)致EDS1-SAG101-NRG1A三元復(fù)合體形成，但應(yīng)不足以引起NRG1A寡聚化。

由于無法純化得到EDS1-SAG101-NRG1A三元復(fù)合體的蛋白，該研究聚焦于EDS1-SAG101-NRG1A L134E這樣一個(gè)更穩(wěn)定的三元復(fù)合體，并獲得了用于冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析的高質(zhì)量蛋白。研究在EDS1-SAG101-NRG1A L134E三維結(jié)構(gòu)中可觀察到TNL激活產(chǎn)生的信號(hào)小分子ADRr-ATP。ADRr-ATP結(jié)合在EDS1-SAG101中間并誘導(dǎo)SAG101構(gòu)象變化，以促進(jìn)EDS1-SAG101和NRG1A L134E互作。研究通過全長(zhǎng)的NRG1A L134E用于結(jié)構(gòu)分析，但在EDS1-SAG101-NRG1A L134E三維結(jié)構(gòu)中僅能觀測(cè)到NRG1A L134E C端的WHD-LRR部分。這表明，NRG1A L134E的N端部分柔性較大且不參與互作。進(jìn)一步，研究在野生型NRG1A的背景下驗(yàn)證了在EDS1-SAG101-NRG1A L134E三維結(jié)構(gòu)中觀察的互作界面對(duì)TNL激活后的細(xì)胞死亡表型以及NRG1A寡聚化的重要性。

NRG1C僅含有WHD-LRR結(jié)構(gòu)域，恰是在EDS1-SAG101-NRG1A L134E結(jié)構(gòu)中觀察到的NRG1A參與互作的部分。這提示，擬南芥進(jìn)化出NRG1C這樣一個(gè)片段來進(jìn)行負(fù)調(diào)控。研究通過對(duì)EDS1-SAG101-NRG1C冷凍電鏡結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，其與EDS1-SAG101-NRG1A L134E的結(jié)合方式高度相似，但NRG1C與EDS1-SAG101之間存在一些額外的相互作用使得NRG1C對(duì)EDS1-SAG101的親和力更強(qiáng)，從而劫持EDS1-SAG101并抑制NRG1A激活的細(xì)胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)，NRG1C因缺失N端的CCR而體現(xiàn)出核質(zhì)分布，這樣NRG1C便與EDS1-SAG101亞細(xì)胞定位完全一致從而實(shí)現(xiàn)更高效的劫持和負(fù)調(diào)控。

EDS1-SAG101-NRG1是所有雙子葉植物中保守存在的調(diào)控TNL介導(dǎo)細(xì)胞死亡的核心元件。上述研究報(bào)道了EDS1-SAG101-NRG1的三維結(jié)構(gòu)，解析了其激活和抑制細(xì)胞死亡的多層精細(xì)調(diào)控的分子機(jī)理，提升了科學(xué)家對(duì)這一免疫通路的認(rèn)知。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)了NRG1與EDS1-SAG101的相互作用界面存在保守和非保守區(qū)域，有望為解釋不同植物物種中相關(guān)蛋白的不兼容性提供理論依據(jù)，并為植物抗病設(shè)計(jì)育種提供新思路。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

EDS1-SAG101-NRG1三元復(fù)合體精細(xì)調(diào)控細(xì)胞死亡的模型