植物内质网介导的蛋白质降解机制研究

A correct spatial conformation is crucial for the physiological functions of a protein. Eukaryotic organisms have evolved a conserved endoplasmic reticulum-mediated protein quality control (ERQC) system to allow misfolded membrane proteins or secretory proteins to be retained in the endoplasmic reticulum (ER) and subsequently degraded by ER-associated degradation (ERAD). Accumulation of misfolded proteins in the ER disrupts protein homeostasis, which has been linked to altered physiological or pathological response in organism. Despite primary understanding of the mechanisms associated with ERQC/ERAD has been ascertained through investigating yeast and mammalian cells, the functional studies of the plant ERQC/ERAD processes remained rather limited. Recent studies revealed plant ERQC/ERAD systems played critical roles in regulating important physiological processes of plants, such as abiotic stress tolerance and plant defense. Moreover, it is indicated that more plant-specific components are requires in ERAD machinery. In this study, we will focused on two Arabidopsis ER-localized E3 ligase, HRD1 and DOA10, to screen and identify the plant-specific components involved in ERAD by using proteomics methods combined with genetics and biochemical approaches. Investigating the biological functions of these ERAD components and elaborating their roles in ERAD complexes would help us to better understand ERQC mechanisms in plant and throw light on ERAD research in yeast and mammalian.

蛋白质空间构象的正确形成对其生理功能行使至关重要。生物体在长期进化过程中形成了保守的内质网蛋白质质量监控机制，对错误折叠的膜蛋白和分泌蛋白进行修复和降解。由此引发的相关生理、病理改变加深了对该领域研究的关注。尽管当前对哺乳动物细胞和酵母中这一过程的作用机制有一定的认识，但是在植物中的研究却非常有限。近年来研究表明植物内质网介导的蛋白质降解参与了植物逆境胁迫和防御反应等重要生理过程，并且植物在进化中还产生了参与降解的特异组分。本申请主要利用蛋白质组学技术，结合遗传学、生物化学研究手段，围绕拟南芥两个内质网定位的E3泛素连接酶HRD1和DOA10，发掘并鉴定参与植物内质网介导蛋白质降解的新组分，研究它们的生物学功能，解析植物内质网介导的蛋白质降解机制，同时研究该降解过程与植物逆境胁迫之间的关系。该研究有助于我们更好的认识植物内质网蛋白质质量控制机制，同时为哺乳动物细胞和酵母的研究提供参考。

蛋白质三维空间结构的正确形成对其功能的正常行使至关重要。生物体在长期进化过程中形成了相对保守的蛋白质质量监控机制，对错误折叠的蛋白进行修复和降解。对于膜蛋白和分泌蛋白而言，由内质网介导的蛋白质质量监控(ERQC)和相关的降解机制研究(ERAD)是细胞生物学领域的热点。在植物中，ERQC和ERAD过程与植物响应逆境胁迫和防御反应紧密相关。本项目主要利用蛋白质组学、遗传学、生物化学和细胞生物学研究方法和手段，发掘并鉴定植物内质网介导蛋白质降解系统的新组分，研究这些组分的生物学功能，解析植物内质网介导的蛋白质降解机制，同时研究该降解过程与植物逆境胁迫之间的关系。在本项目的资助下首次发现并鉴定了植物ERAD复合体新组分PAWH1/PAWH2，研究了其在HRD1复合体中与HRD1和EBS7之间的调控关系和作用机制；鉴定到一个受HRD1复合体介导降解的新底物蛋白TIN1，其在高温下受诱导和降解的分子机制降解机制的解析回答了长期以来对内质网未折叠蛋白反应(UPR)与ERAD之间调控关系不明确的问题；鉴定了植物中两个参与内质网糖基化蛋白降解的关键酶EDEM1和EDEM2，研究了其在错误折叠蛋白降解中的作用；系统总结了植物中内质网胁迫、UPR信号和N-糖基化蛋白降解机制的研究进展，以及内质网与其它细胞器互作共同调控植物响应非生物胁迫的分子机理。本项目的开展为我们更好的认识植物内质网蛋白质质量监控系统，深入理解内质网中蛋白质稳态平衡调节奠定了理论基础，为今后改良和提高植物抵御逆境胁迫提供了新思路。