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近日，香港中文大学姜里文教授团队在PNAS在线发表了题为Ufmylation reconciles salt stress-induced unfolded protein responses via ER-phagy in Arabidopsis的研究论文 【1】 。该研究首次发现高盐胁迫诱导植物（拟南芥）内质网胁迫时，类泛素化修饰系统ufmylation参与调节内质网自噬以维持内质网稳态，为全面理解植物在逆境胁迫中内膜系统调控自噬过程和维持细胞稳态提供了崭新的视角，为未来抗逆作物的培育和筛选提供了基础科学新思路。
植物作为固着生物，内膜系统在应对逆境胁迫时受严格调控以维持细胞稳态。而自噬体是在压力诱导下形成的双膜细胞器，通过降解细胞质内蛋白和细胞器，以在营养匮乏的条件下实现基础营养物质的有效周转。尽管非生物胁迫已被报道可诱导植物自噬，很少有相关研究针对性筛选在某种特定胁迫下选择性自噬的受体或调节蛋白。
Ufmylation系统是一个类泛素化系统，也由激活酶E1 （Uba5） 、结合酶E2 （Ufc1） 和连接酶E3 （Ufl1） 先后作用，将类泛素蛋白Ufm1以共价键和底物相连。Ufmylation系统在动物和植物中高度保守，而在动物系统中，ufmylation相关蛋白突变目前发现会导致红细胞的发育异常、癫痫、小脑共济失调、癌症、心脏和肝脏健康问题等，证明ufmylation系统有多重重要功能。植物中ufmylation系统已发表只有一篇相关文献，奥地利科学院孟德尔研究所Yasin Dagdas研究组此前筛选到动植物中参与内质网自噬降解途径的保守受体蛋白C53，也是ufmylation系统重要组成蛋白并与Ufl1互作 【2】 。
该研究首先在高盐胁迫下，以自噬体标记蛋白ATG8为诱饵，采用免疫沉淀结合质谱分析法，鉴定出了ufmylation系统的E3连接酶Ufl1为ATG8互作蛋白。为了研究ufmylation与植物自噬的具体关系，该研究随后进一步验证了ufmylation系统中核心成分Ufl1与Ufm1和自噬激酶复合体蛋白ATG1或ATG6的相互作用。细胞学和遗传学分析也表明，Ufl1对持续盐胁迫下的内质网自噬非常重要：Ufl1功能缺失的突变体表现盐敏感表型 （图一） ，相较于野生型其细胞内部内质网异常积累 （图二） 。Ufl1突变体中，亦检测到内质网应激反应，且ufmylation其它蛋白突变体在内质网胁迫和盐胁迫下的表型与自噬功能障碍的atg5突变体大体一致。Ufmylation组成蛋白的表达在盐胁迫下显著上调，而ufmylation组分蛋白突变体中，内质网应激和未折叠蛋白反应相关标记蛋白也显著上调。综上所述，该研究证明了ufmylation在盐胁迫下通过调节内质网自噬调节内质网稳态的作用。
图2. 3D电子断层扫描分析显示盐胁迫下ufl1突变体中内质网过度积累。
李白颖博士为该文第一作者，姜里文教授和李白颖博士为论文的共同通讯作者。牛芳芳博士，曾咏伦博士，谢文琪，邓策思，洪柳博士，高盛宇，卢诗韵，曹文瀚博士，黄淑贤博士，及奥地利科学院孟德尔研究所Yasin Dagdas博士为共同作者。本课题得到国家自然科学基金和香港研究資助局等的资助。
参考文献
[1] B. Li et al., Ufmylation reconciles salt stress-induced unfolded protein responses via ER-phagy in Arabidopsis. PNAS
[2] M. Stephani et al., A cross-kingdom conserved ER-phagy receptor maintains endoplasmic reticulum homeostasis during stress. Elife9, e58396 (2020).
论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2208351120
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