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Jessica Pérez-Sancho及其同事来自法国波尔多大学、里昂高等师范学院等多家研究机构,该研究发表在2025年2月20日的《Cell》期刊上。
这项研究的主要科学领域是植物细胞间通讯。研究背景在于膜接触位点(MCS)在细胞内通讯中的关键作用已被广泛认可,但其在细胞间通讯中的功能尚未得到充分探索。植物中的胞间连丝(plasmodesmata)作为非典型的内质网-质膜(ER-PM)膜接触位点,位于细胞-细胞界面处,控制着细胞间的分子交换。研究旨在揭示这些结构如何通过调节ER-PM接触来调控细胞间的分子流动。
研究包括多个步骤。首先,研究团队确定了MCTP3、MCTP4和MCTP6作为plasmodesmata中的核心成分,这些蛋白质在拟南芥根中广泛表达,并且在双突变体和三突变体中表现出严重的生长缺陷。其次,使用高分辨率电子断层扫描技术观察到,在mctp3-1/mctp4-1/mctp6-1三突变体中,大多数plasmodesmata显示出明显的ER-PM膜分离现象。此外,利用荧光恢复后漂白(FRAP)技术和可逆开关光激活荧光标记Dronpa-S进行实验,发现mctp突变体中细胞间分子流动显著增加。最后,通过脂质体结合实验、分子动力学模拟和定点突变分析,研究了PI4P(磷脂酰肌醇-4-磷酸)对MCTP与质膜结合的影响。
主要结果表明,MCTP3、MCTP4和MCTP6在plasmodesmata中充当ER-PM连接蛋白,它们的功能缺失导致膜连接松弛,从而增强细胞间分子流动。进一步实验显示,这种增强的细胞间扩散与胼胝质(callose)沉积无关。此外,研究发现SAC7(一种PI4P磷酸酶)能够调控MCTP4在plasmodesmata中的积累,并以细胞类型特异性方式调节细胞间运输能力。分子动力学模拟揭示了PI4P浓度对MCTP C2结构域与膜结合频率的影响,说明PI4P作为一种信号脂质可能调控MCTP与质膜的相互作用。
结论是,plasmodesmata作为非常规的ER-PM膜接触位点,通过MCTP和PI4P的协同作用调节细胞间分子流动。这一发现不仅扩展了MCS在信息传递中的功能,从细胞内活动扩展到细胞间活动,还揭示了一种新的调控机制。研究的意义在于提供了关于植物细胞间通讯的新见解,强调了ER-PM接触在调节细胞间连接中的动态调控潜力。
研究亮点包括:首次将plasmodesmata定义为非传统的ER-PM膜接触位点;阐明了MCTP3、MCTP4、MCTP6以及PI4P作为阀门调节因子的作用;揭示了SAC7 PI4P磷酸酶以细胞类型特异性方式控制plasmodesmata MCS的功能。此外,研究还提出了一个吸引人的模型,即通过钙调制快速调节胞质扩散的可能性。
其他有价值的内容包括研究方法的创新性,如高分辨率电子断层扫描技术和分子动力学模拟的应用,这些方法为深入理解plasmodesmata的结构和功能提供了重要工具。