利用动物细胞系统研究植物蛋白Remorin在胞间连丝发生中的功能和机制

Plasmodesmata are important structures of plant cell specifically linked adjacent cells’ cytoplasm, but the biogenesis mechanism is still preliminary. Due to the importance of plasmodesmata to the plant, there is no significant breakthrough in the study of its biogenesis directly on the plant. Animal cells and plant cells are highly similar in the cytoskeleton and cell membrane components, more importantly, the animal cells themselves do not have plasmodesmata, can provide a low background system to study plasmodesmata structure from the initial step. The last but not least, animal cells are easier to observe and operate than plant. Therefore, this study proposed in the animal cell system to study the plant protein Remorin for the important role and molecular mechanism of plasmodesmata biogenesis. After a detailed feasibility study and attempt, the present study has yielded two important facts: 1 Remorin protein can be expressed correctly in animal cells and is highly similar to that in plants; 2 Remorin can form plasmodesmata-like structures on animal cells and can open the function of transferring the substance intercellularly. These two points suggest that the research ideas above are feasible, so we plan to further study the fine molecular mechanism of Remorin protein formation of plasmodesmata like structures. Eventually help reveal plant plasmodesmata biogenesis mystery. In addition, this study creatively constructs a system for intercellular material communication, and the application of this system in biomedicine field is also planned.

胞间连丝的生物发生机制作为一个重要的细胞生物学问题，其研究尚属初步。由于胞间连丝的重要性，直接在植物体上研究其生物发生比较困难。动物细胞与植物细胞在细胞骨架和细胞膜的组份上具有高度的相似性；且动物细胞本身不具有胞间连丝，可以提供低背景的系统展示胞间连丝样结构从无到有的过程，便于显微观察操作，是研究胞间连丝的理想系统。所以本文提出在动物细胞系统上探讨重要植物蛋白Remorin对于胞间连丝生物发生的作用和分子机理。前期的可行性尝试表明：（1） Remorin蛋白能够在动物细胞中正确表达并与植物中的高度相似；（2） Remorin可以使动物细胞产生胞间连丝样结构，并具有在细胞间传递物质的功能。这两点说明本研究思路是可行的，所以我们计划继续利用各种生化、遗传和细胞生物学手段深入研究Remorin蛋白形成胞间连丝样结构的分子机制，最终帮助揭示植物胞间连丝生物发生之谜；并尝试该技术医药应用的可能。

胞间连丝（PD）是多细胞植物中负责细胞间通讯的关键结构，而remorin是其关键的植物特异性结构和功能组分。 胞间连丝的生物发生是一个有趣的但尚不为人所知的过程。通过在哺乳动物细胞中表达来自拟南芥的remorin蛋白，我们在动物细胞中重建了胞间连丝样的结构，我们称其为remorin微丝（RF），RF可以物理的形式连接相邻的细胞，并且这种连接具有生物功能。值得注意的是，RF能够以类似于植物胞间连丝的方式在细胞间运输生物大分子。这种特性可能可以用于细胞治疗或基因编辑时实现大量分子的跨细胞运输。通过进一步的超高分辨率显微镜分析和生物化学研究，我们发现RFs也由肌动蛋白丝组成，形成了核心骨架结构，与植物的remorin蛋白类似。这种独特的异源丝状结构可能解释了remorin的功能从而阐释了胞间连丝构造的生物发生分子机制。此外，remorin蛋白在哺乳动物细胞的质膜中表现出特定的分布方式，取决于其脂质修饰状态，代表其脂质微区定位性质。我们的研究不仅对胞间连丝生物发生的机理提供了重要的见解，而且还揭示了动植物细胞间通讯系统之间不可思议的基本机制和进化联系。