Dev Cell | 缪岩松课题组揭示病原菌效应蛋白通过相变调控植物免疫受体凝聚体动态组装的分子机制

在植物与病原菌的互作过程中，病原细菌通过分泌富含内在无序区域（intrinsically disordered regions, IDRs）的Ⅲ型分泌系统效应蛋白（type III secretion system effectors, T3Es）抑制宿主免疫防御。然而，具有高度构象柔性的IDRs在T3Es抑制植物免疫中的作用尚不明确。

近日，新加坡南洋理工大学缪岩松教授课题组在Developmental Cell发表了题为Bacterial XopR Subverts RIN4 Complex-mediated Plant Immunity via Plasma Membrane-associated Percolation的研究论文，该研究阐明病原菌效应蛋白XopR通过在细胞膜上的逾渗网络化（percolation）演变来破环植物RIN4复合物凝聚体（condensation）物理特性，从而抑制植物免疫的分子机制。该文章阐述了一个全新的两种复合物凝聚体动态组装之间的交互方式。多价蛋白质分子向网络连接演变或向凝聚态演变决定于其cohesion-adhesion-association的平衡。病菌效应蛋白XopR在植物二维质膜 （plasma membrane，PM）上的演变从散点分布，膜吸附，到XopR-XopR之间在PM上多聚交联，导致朝XopR向percolation网络演变。同时，植物内免疫控制中枢RIN4-RPM1复合体以纳米尺度凝聚体出现。这两种演变交互时，网络化XopR逾渗RIN4- NLR (Nucleotide-binding leucine-rich repeat receptor) /RPM1复合物纳米凝聚体，导致其内部紧密交联程度下降， RIN4的磷酸化水平降低，进而削弱了RIN4对免疫受体NLR/RPM1的特异激活。该工作首次在生物体里展现了percolation与condensation的交互如何影响生物分子生化活性和其关联的生物学途径。即两种演变交互对RIN4蛋白质磷酸化水平的变化及其关联的植物免疫反应强弱的影响。

该研究充分利用了交叉学科的优势把分子尺度演变到机体免疫活性进行跨多尺度机理链接。利用体内全内反射荧光显微镜(TIRFM)成像，体外支撑脂质双层(Supported Lipid Bilayer, SLB) 重构，单分子成像（single molecule imaging）生物物理分析，计算机模拟 (coarse-grained modelling)，该研究发现XopR在纳摩尔浓度范围内，通过局部聚类和网络化连接，逐步演化成相互连接的逾渗网络。展现了一种新的二维质膜相变过程。进一步利用TurboID邻近标记技术，鉴定到了一个重要的植物效应因子触发的免疫反应 (effector-triggered immunity, ETI)调控蛋白RIN4。

RIN4 蛋白是植物免疫系统中的一个关键调节因子，作为一个 “guardee” 来通过不同机理调节俩个重要NLR蛋白RPS2和RPM1的激活【1-4】。我们通过体内单分子追踪和生理生化实验发现XopR percolation 特异的影响AvrRpm1-RIN4-RPM1 的激活途径中 而不是RPS2 途径。因为RPS2 中涉及RIN4剪切，直接把RIN4相变的调控机理清除，不受XopR影响。而XopR可以渗透AvrRpm1-RIN4-RPM1-RIPK纳米凝聚体来削弱起免疫响应。

图1 XopR通过逾渗网络化来调节RIN4凝聚体功能工作模型

综上，该研究首次阐明病原菌效应蛋白通过相变调控植物免疫受体凝聚体动态组装的分子范式，为解析"效应蛋白-宿主靶标"界面互作的生物物理机制提供了新视角，通过凝聚体随时间空间动态演变的过程来思考植物免疫信号的变化。

新加坡南洋理工大学生物科学学院缪岩松教授为论文通讯作者，博士后祝心路为第一作者。实验室博士后王伟兵，贺丹霞，马智明以及实验室在读博士研究生谢义，朱可欣，梁启煜参与了该研究。加州大学伯克利分校化学学院的Jay T. Groves教授及实验室博士后Simou Sun参与了该研究。新加坡南洋理工大学机械与宇航工程学院Changjin Huang教授及实验室博士后Choon-Peng Chng参与了该研究。新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院俞璟教授及博士研究生吴曦参与了该研究。华南师范大学生命科学学院高彩吉教授及实验室研究生郑轩昂参与了该研究。新加坡南洋理工大学数理科学学院高炜博教授及新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院Ali Miserez参与了该研究。该研究得到了新加坡教育部、新加坡国立研究基金会和新加坡卫生部的支持。

参考文献：

1. Mackey, D., Holt, B.F., Wiig, A., and Dangl, J.L. (2002). RIN4 interacts with Pseudomonas syringae type III effector molecules and is required for RPM1-mediated resistance in Arabidopsis. Cell 108, 743-754.

2. Axtell, M.J., and Staskawicz, B.J. (2003). Initiation of RPS2-specified disease resistance in Arabidopsis is coupled to the AvrRpt2-directed elimination of RIN4. Cell 112, 369-377.

3. Liu, J., Elmore, J.M., Lin, Z.-J.D., and Coaker, G. (2011). A receptor-like cytoplasmic kinase phosphorylates the host target RIN4, leading to the activation of a plant innate immune receptor. Cell host & microbe 9, 137-146.

4. Chung, E.-H., Da Cunha, L., Wu, A.-J., Gao, Z., Cherkis, K., Afzal, A.J., Mackey, D., and Dangl, J.L. (2011). Specific threonine phosphorylation of a host target by two unrelated type III effectors activates a host innate immune receptor in plants. Cell host & microbe 9, 125-136.

论文链接：

https://authors.elsevier.com/a/1kpxd5Sx5g-YmK