蛋白质S-亚硝基化调控拟南芥氧化胁迫和细胞凋亡的分子机理

蛋白质S-亚硝基化是其半胱氨酸残基的巯基基团的氢离子被一氧化氮（NO）取代而形成共价键相连亚硝基硫醇（S-NO）的修饰过程。S-亚硝基化是一种基于氧化还原、可逆的蛋白质翻译后性修饰机制，是NO调控蛋白质生物学活性的主要机制之一。目前对S-亚硝基化的生化和遗传调控机制了解甚少。我们前期的研究发现拟南芥细胞凋亡突变体par2中NO含量显著上升，导致在生长发育、细胞凋亡等方面的严重缺陷。PAR2编码NO代谢的一个关键酶。在本研究中，我们将（1）利用亚硝基化蛋白组学（nitrosoproteome）技术大规模分离鉴定拟南芥中S-亚硝基化靶蛋白；（2）筛选par2的抑制子突变体pts；（3）选择在氧化胁迫和细胞凋亡途径中的代表性靶蛋白和PTS蛋白，研究S-亚硝基化调控其生物学活性的机制。通过上述研究，揭示拟南芥中S-亚硝基化调控的主要信号通路，探索S-亚硝基化调控氧化胁迫和细胞凋亡的分子机理。

一氧化氮主要通过对蛋白的S-亚硝基化修饰调控植物的诸多生物学过程，但对其分子机制了解甚少。在本项目中，我们探索了S-亚硝基化修饰调控植物生长发育与胁迫反应生化和遗传调控机制。通过亚硝基化蛋白组学技术，我们分离鉴定了926个拟南芥亚硝基化蛋白质，发现这些被修饰蛋白参与叶绿素代谢、光合作用、碳水化合物代谢和胁迫反应等生物学过程(Hu et al., Plant Physiol, 2015)。我们对NO调控细胞分裂素信号转导的分子机制进行了深入研究，发现磷酸转运蛋白AHP1的亚硝基化抑制了该蛋白的磷酸化和磷酸基团向下游组分ARR1蛋白的传递，最终导致细胞分裂素信号转导受阻(Feng et al., Nat Commun, 2013)。我们验证SNO5/LSD1存在亚硝基化修饰，但对其分子机制仍然不清楚。同时，我们发现LSD1通过其锌指结构与过氧化物酶CAT相互作用协同调控细胞程序性死亡(Li et al., Plant Physiol, 2013)。该研究成果得到同期专文评述(Minorsky et al., Plant Physiol, 2013)。通过对抗坏血酸过氧化物酶APX1的深入分析，我们发现亚硝基化是负调控胁迫反应的一种重要机制。APX1的亚硝基化正调控了其清除活性氧的能力，进而增强了植物对氧化胁迫的抗性(Yang et al., Plant Physiol, 2015)。该项研究得到同期专文评述(Lindermayr and Durner, Plant Physiol, 2015)。此外，我们发现亚硝基化修饰通过调控SNO7的活性介导了植物胁迫反应(Yang et al., under revision)。我们深入研究了NO调控自噬信号的分子机理。我们的数据表明S-亚硝基化修饰促进SNO1蛋白通过自噬途径选择性降解(Zhan et al., under revision)。同时，我们完成了par2抑制子突变体pts的遗传筛选。图位克隆以及遗传互补表明PTS1编码了一个有功能的转亚硝基化酶，PTS5参与了种子萌发早期的胁迫反应以及调控子叶发育过程中的细胞凋亡。综上所述，通过亚硝基化蛋白质组学以及对代表性蛋白亚硝基化机制的具体研究，我们由面到点地阐明了蛋白质亚硝基化调控胁迫反应和细胞凋亡的分子机理，对植物体内亚硝基化修饰的作用有了系统且深入的认识。