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滿堂彩郭江濤/楊巍/鄭紹建課題組合作解析鋁離子激活陰離子通道ALMT1轉運蘋果酸的分子機制

來源 :基礎框架醫學專業系    發布時間 :2021-11-19    瀏覽次數 :332

全中(zhong)(zhong)國約(yue)有30-40%的(de)(de)(de)可(ke)農(nong)地(di)和50%的(de)(de)(de)隱藏的(de)(de)(de)可(ke)農(nong)業用地(di)一種弱酸性泥土(tu)[1],鋁(lv)正(zheng)離子(zi)有毒(du)是(shi)純虛函數(shu)土(tu)體中(zhong)(zhong)受限制(zhi)(zhi)飼料作(zuo)物加工的(de)(de)(de)注意情況(kuang)[2]。在(zai)長(chang)時適(shi)合操(cao)作(zuo)過程中(zhong)(zhong),植被超級進化出了(le)許多(duo)種耐鋁(lv)新(xin)機制(zhi)(zhi)。在(zai)當中(zhong)(zhong),仿真植物順利通過根(gen)尖(jian)體細胞向外排泌iPhone酸等(deng)可(ke)揮發酸螯合根(gen)際土(tu)囊飽(bao)和溶液中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)鋁(lv)鐵離子(zi),而(er)消(xiao)減其毒(du)副作(zuo)用,是(shi)苔蘚植物防(fang)范鋁(lv)毒(du)的(de)(de)(de)主要(yao)是(shi)有效途(tu)徑[2,3]。早在(zai)2004年科學學家(jia)就顯示花草根(gen)組織細胞中(zhong)(zhong)鋁(lv)繳(jiao)活的(de)(de)(de)蘋果4酸分沁是(shi)由蘋果公司酸集運蛋白酶(mei)(Aluminum-activated Malate Transporter,ALMT1)介(jie)導[4]。之(zhi)后(hou),分析(xi)者否認了(le)在(zai)麥(mai)子(zi)、擬南(nan)芥、花菜、黃豆、黑麥(mai)等(deng)幾種作(zuo)物中(zhong)(zhong)該(gai)制(zhi)(zhi)度具有著盲瘺性。但(dan),常年之(zhi)后(hou)客戶談(tan)談(tan)鋁(lv)陰陽離子(zi)是(shi)怎(zen)樣激話ALMT1轉化蘋果6手機酸仍不應而(er)知(zhi)。

2021年11月19日,四川大學本科郭江濤、楊巍和鄭紹建3個研究科研組結構的合作方式團隊合作在Cell Research上在線視頻刊出了名為Structural Basis of ALMT1-Mediated Aluminum Resistance in Arabidopsis的探索文獻綜述,辨析了擬南芥ALMT1清算通道血清(AtALMT1)許多的情形下的三維空間框架,根據電身體科學實驗操作、大分子發動機學模仿和擬南芥內科學實驗操作,體現了了AtALMT1介導的鋁刺激啟動蘋果手機酸運送的原子基理。

該探究闡(chan)明,AtALMT1節構(gou)設計(ji)是(shi)一個(ge)個(ge)一種新型的(de)陰鋁(lv)離子(zi)渠道(dao)(dao)節構(gou)設計(ji)。AtALMT1以二(er)聚身材式組裝(zhuang)流水線(xian)連成一片個(ge)陰正離子(zi)的(de)通道(dao)(dao),每個(ge)亞基(ji)收錄6個(ge)跨膜螺旋(xuan)葉片(TM1-6)和6個(ge)神經元質(zhi)側的(de)旋(xuan)轉(H1-H6)。來源于一個(ge)亞基(ji)的(de)12個(ge)跨膜轉鼓組裝(zhuang)成鐵離子(zi)清晰孔道(dao)(dao)(圖1)。


1 AtALMT1的架構。A,AtALMT1的微凍電鏡3d構建(左)和卡通動畫模形(右)的側視圖(上)和俯覽圖(下)。B,AtALMT1單一亞基的側視圖。C,AtALMT1的拓撲關系的結構。

在紅蘋果(guo)酸(suan)(suan)相(xiang)結合的(de)AtALMT1結構(gou)的(de)中,研究方案(an)員(yuan)觀測(ce)到(dao)草(cao)莓(mei)(mei)酸(suan)(suan)坐落在AtALMT1的(de)鐵(tie)離子徹底通透孔道上(shang)面,與(yu)二(er)對精氨酸(suan)(suan)殘基(ji)(Arg80和Arg165)能(neng)夠(gou) 意義(圖2A,2B)。研究分析專業人員(yuan)采用(yong)團(tuan)伙能(neng)學仿真模擬(ni)和電生物學科學試(shi)驗證(zheng)實了(le)這(zhe)些蘋果(guo)系統酸(suan)(suan)通過(guo)位(wei)點。在電生物學科學試(shi)驗中,這(zhe)兩位(wei)至關重要(yao)精氨酸(suan)(suan)的(de)突變率都能(neng)同質性影向AtALMT1對草(cao)莓(mei)(mei)酸(suan)(suan)的(de)透光,當中Arg165甲基(ji)化使AtALMT1全損失平果(guo)手機酸(suan)(suan)牽張(zhang)反射的(de)用(yong)途(圖2C)。

在(zai)(zai)鋁(lv)鋁(lv)離(li)子組(zu)合的(de)(de)(de)(de)AtALMT1構造之中(zhong),探析工作員看見鋁(lv)化(hua)(hua)合物具體搭配在(zai)(zai)AtALMT1的(de)(de)(de)(de)受(shou)損細胞(bao)周邊,由TM1-2 loop和TM6上的(de)(de)(de)(de)兩個帶(dai)負電的(de)(de)(de)(de)氨基酸(suan)等(deng)殘(can)基配位(Asp40、Glu156和Asp160)(圖2D,2E)。電生理上研究表示,這6個位點蛋白質的(de)(de)(de)(de)突(tu)然變(bian)化(hua)(hua)會(hui)顯著(zhu)性削(xue)減AtALMT1介導(dao)的(de)(de)(de)(de)鋁(lv)刺激的(de)(de)(de)(de)蘋果手機酸(suan)的(de)(de)(de)(de)通透有質感(圖2)。



2 AtALMT1中蘋果6酸和神經元側部鋁亞鐵離子的根據位點。A,鐵離子很通透孔道中的兩對單純的精氨酸Arg80和Arg165。B,蘋果蘋果酸與二對精氨酸能夠 的作用。C,精氨酸Arg80和Arg165基因變異明顯變低AtALMT1對水果酸的光澤感。D,AtALMT1中神經元周邊鋁陰離子的組合位點。E,鋁鐵離子與周邊的咸性胺基酸Asp40、Glu156和Asp160之間能力。F,Asp40、Glu156和Asp160基因變異為顯著減少AtALMT1介導的鋁刺激的蘋果6手機酸的細膩。

為安全驗證AtALMT1中蘋果5機5酸和鋁亞鐵鐵鐵離子根據位點的胺基酸的效果,的研究員培育出了這一些胺基酸轉變的擬南芥轉基因食品遺傳株系。知道在不會有鋁亞鐵鐵鐵離子的條件下,轉變系突出突出表達出與野外型相擬的根發展和蘋果5機5酸排泌液;在鋁亞鐵鐵鐵離子除理后,轉變系突出突出表達出不錯下降的根發展和蘋果5機5酸排泌液,突出突出表達出與作用丟失轉變體almt1似的的表型(圖3)。為此,以下內部實驗所更深層次的一個腳印核對了平果手機機酸和鋁陽離子整合位點的氨基在鋁激話平果手機機酸運輸中的重點的作用。


3 擬南芥機體查證AtALMT1中谷歌酸和鋁鐵離子根據位點的有機酸的的作用。A-B,野生穿山甲型、AtALMT1缺少突變率株almt1、蘋果蘋果酸運用位點精氨酸突變率株R80AR165A的根部滋生(A)和蘋果機酸合成(B)。C-D,原生態型、AtALMT1短缺基因變異株almt1、鋁陰陽離子緊密結合位點基因突變株E165AD160A的根莖種子發芽(C)和iPhone酸分泌物(D)。

未整(zheng)(zheng)合(he)在(zai)(zai)一(yi)起(qi)鋁(lv)(lv)(lv)鋁(lv)(lv)(lv)鋁(lv)(lv)(lv)離子(zi)的(de)(de)AtALMT1長期處在(zai)(zai)關閉程序方式,整(zheng)(zheng)合(he)在(zai)(zai)一(yi)起(qi)鋁(lv)(lv)(lv)鋁(lv)(lv)(lv)鋁(lv)(lv)(lv)離子(zi)的(de)(de)AtALMT1短(duan)信通道(dao)位(wei)于(yu)開啟(qi)睡眠(mian)(mian)階(jie)段下(xia)(xia)。采用相當關機(ji)睡眠(mian)(mian)階(jie)段下(xia)(xia)和(he)開啟(qi)睡眠(mian)(mian)階(jie)段下(xia)(xia)的(de)(de)AtALMT1的(de)(de)空間(jian)結構,鉆研(yan)專業(ye)人員明確提出(chu)(chu)了鋁(lv)(lv)(lv)鋁(lv)(lv)(lv)離子(zi)激活開通AtALMT1的(de)(de)原(yuan)子(zi)共識(shi)機(ji)制。在(zai)(zai)呈酸性(xing)前提條(tiao)件下(xia)(xia),鋁(lv)(lv)(lv)鐵(tie)離子(zi)構建在(zai)(zai)AtALMT1的(de)(de)胞外面(mian)TM1-2 loop和(he)TM6互相,與(yu)五個偏(pian)酸殘基(Asp40、Glu156和(he)Asp160)配(pei)位(wei),引致(zhi)TM1-2 loop和(he)TM5-6 loop構象的(de)(de)變化,得以出(chu)(chu)現(xian)Ile53殘基向外運轉(zhuan),造(zao)成(cheng)的(de)(de)孔道(dao)發展(圖4)。


圖(tu)(tu)4 細胞系外邊鋁(lv)(lv)正離子成(cheng)功激活AtALMT1。A,未構(gou)建鋁(lv)(lv)化合(he)物(白(bai)色)和構(gou)建鋁(lv)(lv)化合(he)物(綠色環(huan)保)的AtALMT1的格局較(jiao)好俯(fu)看(kan)圖(tu)(tu)。B,未融入鋁(lv)(lv)鋁(lv)(lv)離子的AtALMT1的鐵(tie)離子南(nan)北通透路徑分(fen)析。C,依照鋁(lv)(lv)陽(yang)離子的AtALMT1的亞鐵(tie)離子細膩路線。

以(yi)上探討(tao)解析(xi)視頻了AtALMT1各種感覺下(xia)的(de)3D型式(shi),完美無(wu)缺(que)體(ti)現了AtALMT1介導(dao)的(de)鋁提高蘋果(guo)(guo)系(xi)統酸運送的(de)原子核(he)原理(圖5),為系(xi)統設(she)計(ji)核(he)蛋白結構特征(zheng)設(she)置ALMT1性(xing)能(neng)得(de)到 性(xing)甲(jia)基化體(ti)以(yi)促進大田作(zuo)物根(gen)莖鋁刺(ci)激的(de)蘋果(guo)(guo)7酸分泌液,以(yi)求(qiu)陪養耐鋁經(jing)濟作(zuo)物增長弱酸性(xing)土壤(rang)中(zhong)的(de)制造力供(gong)給學說檢(jian)查(cha)指導(dao)。


5 鋁提高AtALMT1運輸草莓酸的原子差向異構。

郭江濤鉆(zhan)研(yan)鉆(zhan)研(yan)組(zu)博(bo)后(hou)生(sheng)王江勤(qin)、楊巍鉆(zhan)研(yan)鉆(zhan)研(yan)組(zu)余夏飛博(bo)后(hou)、鄭紹建(jian)鉆(zhan)研(yan)鉆(zhan)研(yan)組(zu)丁忠杰鉆(zhan)研(yan)員(yuan)(yuan)(yuan)和中國科(ke)滿堂彩官網(wang)長(chang)沙現進工藝鉆(zhan)研(yan)員(yuan)(yuan)(yuan)的(de)張新時代鉆(zhan)研(yan)員(yuan)(yuan)(yuan)為職稱論(lun)文的(de)相(xiang)互(hu)首先小編(bian)。郭江濤、楊巍和鄭紹建(jian)為共同的(de)通訊網(wang)絡我。本(ben)物理(li)(li)學(xue)理(li)(li)論(lun)分析(xi)還得到了了中國現代大(da)(da)海大(da)(da)學(xue)生(sheng)徐錫明(ming)副物理(li)(li)學(xue)理(li)(li)論(lun)助(zhu)理(li)(li)分析(xi)員(yuan)(yuan)(yuan)的(de)兼容(rong)。本(ben)物理(li)(li)學(xue)理(li)(li)論(lun)分析(xi)受(shou)網(wang)絡部重大(da)(da)科(ke)研(yan)開發(fa)準備、清新物理(li)(li)學(xue)債卷委、福(fu)建(jian)省杰青等頂目的(de)支持。

原句外(wai)部鏈接:http://www.nature.com/articles/s41422-021-00587-6

符合論文:

[1]   Uexküll, H. & Mutert, E. Global extent, development and economic impact of acid soils. Plant Soil. 171, 1-15 (1995).

[2] Kochian, L. V. P., M. A. Liu, J. Magalhaes, J. V. Plant Adaptation to Acid Soils: The Molecular Basis for Crop Aluminum Resistance. Annu. Rev. Plant Biol. 66, 571-598 (2015).

[3] Sasaki, T., Yamamoto, Y. et al. A wheat gene encoding an aluminum-activated malate transporter. Plant J. 37, 645-653 (2004).

[4] Tashiro, M., Furihata, K., Fujimoto, T., Machinami, T. and Yoshimura, E. Characterization of the malate-aluminum (III) complex using 1H and 27Al NMR spectroscopy. Magn. Reson. Chem. 45, 518-521 (2007).