植物内质网胁迫应答研究及进展探讨

魏圆圆

摘 要 本文以内质网胁迫为对象，就其在植物中应用进展作一探讨。另外，本文还剖析了内质网胁迫与膜结合转录因子间所存在的关系，指出了在对内质网胁迫途径进行研究中还没有得到解决的问题，望能为深层化研究内质网胁迫与抗逆之间关系提供参考与依据。

关键词 植物 内质网 胁迫应答

中图分类号：Q503 文献标识码：A

在整个真核生物体系当中，蛋白质有着非常复杂的合成过程，而细胞质当中的核糖体为合成的核心场所。针对那些大分子蛋白，比如在整个细胞总蛋白中约占1/3的分泌蛋白，或者是膜蛋白等，需先进内质网，然后再根据实际需要，进行修饰与折叠，只有蛋白质经过正确、规范化的折叠与修饰，方能向细胞器中转换（如细胞核、线粒体等），并将其生物功能最大化发挥出来。针对蛋白质整个折叠过程而言，不仅精细而且还比较复杂，易受外界影响，造成蛋白出现错误折叠，或者是难以折叠的情况。本文就植物内质网胁迫应答研究及进展作一探讨。

1经典未折叠蛋白的基本应答途径分析

1.1以IREl为介导的XBPmRNA非常规剪接途径分析

在酵母中，IRE1乃是一个比较典型的内质网胁迫感应器，无论是在动物未折叠蛋白应答中，还是在植物应答中，均发挥着重要作用与地位。对于IRE1而言，其实为一个内质网驻留蛋白质，具有单次跨膜的特点，其不仅拥有内切核酸酶RNase活性，而且还有胞质激酶活性。在整个内质网当中，当未折叠蛋白质出现持续、不间断累积时，对于此时的IRE1蛋白而言，其便会形成比较典型的多聚体，将IRE1所持有的蛋白激酶活性激活，且出现磷酸化，并使其内切核酸酶活性得到进一步激活；还需要指出的是，无论是动物XBP1，还是酵母HAC1，针对与之处于对应状态的mRNA，实施非常规剪切处理，将一些核苷酸切掉，并对原有的蛋白形式进行重新编码。针对此形式而言，其不仅拥有典型的转录激活活性，而且还拥有核定位信号，还可以进入细胞核，对蛋白折叠相应UPR基因進行调节，最终达到缓解内质网胁迫的目的。

1.2 ATF6-S2P水解的基本途径

针对ATF6而言，其在整个哺乳动物体系中，实为一个bZIP家族跨膜转录因子（内质网II型），对于其N端来讲，其多处于细胞质当中，在整个架构当中，其囊括有一个呈碱性状态的亮氨酸拉链结构域，而对于C端来讲，其多处于内质网腔。通常情况下，处于全长状态的ATF6，会被BiP滞留，并且始终维持在内质网当中；还需要指出的是，基于内质网的影响及持续胁迫下，COPII会转移ATF6，使其经膜泡，而持续运至高尔基体当中，然后由2个蛋白酶（S1P与S2P），实施分步酶切操作，完成酶切后，其形式会发生改变，其中不存在跨膜域，此时，经核定位信号，便会持续进入到细胞核中，将下游UPR相应基因表达予以激发；针对此种酶切方式来讲，也业内又被称作蛋白质水解方式。

1.3 PERK/ATF4-CHOP选择翻译性途径分析

针对PERK来讲，其实为一个能够在内质网中定位，并且还含有跨膜域的一种激酶，针对C末端来讲，其所处对象为胞质，而对于N末端来讲，其方向所指的是内质网腔，从根本上来讲，其拥有比较典型且具有独特性的丝/苏氨酸蛋白激酶活性，现阶段，仅能在动物当中被发现。针对翻译起始因子eIF2来讲，其内部所含有的 亚基（eIF2 ），便会以一种独特方式与GTP相结合，然后可以与tRNA融合在一起，对起始复合物进行翻译。如果内质网处于应激状态，针对此时的PERK磷酸，其在化真核起始因子eIF2 位置上，在丝氨酸排位上，处于第51位。针对eIF2 来讲，当其已经被磷酸化之后，便会对翻译起始复合物当中的GTP与GDP的交换进行有效抑制，在此过程中，其会对蛋白质相应翻译施加抑制，还会对其合成进行相应抑制，因而能够较大程度减少进入到内质网当中的蛋白。

2植物膜结合转录因子与内质网胁迫应答

2.1 AtbZIP28途径分析

当处于正常状态下，针对拟南芥膜结合转录因子（bZIP28）来讲，经跨膜域，实现在ER当中的定位，当感应到胁迫后（内质网胁迫、高温等），对于此时的bZIP28来讲，其便会进入高尔基体中，并且还会分别被丝氨酸蛋白酶当中的S1P、S2P实施分步酶切处理，将跨膜域去掉；在实际操作中，通过对位信号进行核定，并进入到指定的细胞核中，并且还会对诸多与UPR之间存在关联的基因进行上调，以此来更好的帮助蛋白折叠。在整个哺乳动物体系当中，对于ATF6而言，其会被BiP长期滞留于内质网中，基于内质网的影响、作用与胁迫下，COPII会借助于膜泡运输，把ATF6持续向高尔基体传送。在植物当中，大多经过预测明确是停靠于移动高尔基体（内质网出口位点），无需中间囊泡，便可以把内质网蛋白以一种合理方式向高尔基体转运；虽然是这样，许多报道指出，从内质网至高尔基体，在其整个转运过程相关于COPII装置。

2.2 AtbZIP60/OsbZIP74途径分析

针对拟南芥bZIP60（水稻bZIP74）来讲，其在具体的活化方式上，不同于AtbZIP28。对于AtbZIP60/OsbZIP74所持有的mRNA来讲，其可以根据实际需要，形成二级发夹结构，并且还会被IRE1识别出来，于mRNA水平上，开展非常规剪切操作。在整个内质网当中，随着未折叠蛋白质的持续、不间断积累，IRE1蛋白便会根据实际情况，形成多聚体，将IRE1所对应的蛋白激酶活性激活，加速自体磷的持续酸化，从中推动内切核酸酶活性的不断激活，还需要指出的是，通过对bZIP60mRNA中所存在的双茎环结构激活，并将其中的23个核苷酸去除掉，势必会造成阅读框移码，并且还会出现异常化的终止密码子，受此影响，其便会被重新编码，成为一个并没有跨膜域的单纯性的蛋白形式。针对形式来讲，其不仅拥有转录激活活性，而且还有核定位信号，可以根据实际需要，进入到细胞核当中，并对UPR基因表达实施上调处理，实现细胞的更好生存。针对植物当中的IRE1蛋白来讲，其与酵母与动物当中的IRE1蛋白序列向比较，存在着比较高的同源性，但需要指出的是，针对与IRE1蛋白相对应的剪接底物来讲，其所持有的核苷酸序列，相比于酵母与动物的IRE1蛋白所持有的剪接底物核苷酸序列，存在着比较低的相似性。

2.3 NAC062途径分析

针对真核的分泌系统来讲，其主要由疏水区域、囊泡、内质网、高尔基体与质膜构成。针对NAC062来讲，其在整个植物特异转录因子NAC家族当中，乃是其核心成员，针对其C-末端而言，其存在着比较典型的疏水跨膜域。针对内质网胁迫诱导剂TM来讲，其能够对NAC062实施诱导，使其表达上调，而针对此种上调而言，其在整个bzip60突变体当中，已经被全部抑制，但需要指出的是，如若其在bzip28突变体当中，则受到的影响较小；经酵母單杂交试验以及EMSA实验得知，针对bZIP60而言，其能够与NAC062启动子直接结合。当处于正常状态下，NAC062能够在质膜上实现定位，并且在内质网的作用与胁迫下，会被一种未知方式进行活化处理，从质膜向细胞核转移，而针对已经活化的NAC062，其能够与UPR基因所对应的启动子相结合，对促细胞生存基因实施调控。

3植物细胞死亡因子与内质网胁迫应答

3.1异三聚体G蛋白

针对拟南芥异源三聚体G蛋白来讲，当其持续被胁迫信号进行诱导时，其在整个程序性细胞死亡当中发挥着重要作用。针对异三聚体G蛋白来讲，其主要由3中亚基组成，分别为 、 与 ，针对G 来讲吗，其拥有GTPase活性。有研究指出，在与内质网胁存在关联的程序性细胞死亡中，异三聚体G蛋白均有一定参与。在整个拟南芥当中，当将G 敲除之后，如果培养基中含有内质网胁迫诱导剂，那么其相比于对照野生型和G ，有更好的生长价值，由此表明，在植物中，暗示G （AGB1）能够一定程度加速细胞死亡，但在报道其作用机制方面却并不多。现实当中，有报道指出，当敲除G 后，针对突变体而言，其相比于野生型对照，在具体的内质网胁迫诱导剂上，会变得更为的敏感，AGB1具有稳定与促进细胞生存的作用，但针对其作用机制而言，仍需开展深入研究。

3.2 Metacaspase

在整个哺乳动物体系当中，caspase在细胞凋亡发挥着关键作用。而在植物细胞当中，并无细胞凋亡情况出现。针对植物当中的Metacaspase而言，其尽管无caspase活性，但是，其被当作与动物细胞凋亡当中的caspase同源。在拟南芥当中，其共有metacaspase9个，其中，针对metacaspase-8而言，有研究指出，其受UVC、过氧化氢影响，已经出现大幅度上调，并将细胞死亡途径激活。除此之外，无论是在植物木质部形成方面，还是在重金属胁迫上，均能检测到相关于PCD类的caspase活性。

4结语

综上，针对蛋白折叠而言，其乃是真核细胞基础生物学的整个过程表现。对于内质网而言，其实为真核细胞的核心细胞器，全部分泌蛋白以及诸多膜蛋白，均需基于内质网中来加工，只有这样方能向其他细胞器转运，然后分泌至细胞外，实现生物学功能的最大化发挥。随着膜结合转录因子bZIP28、bZIP60的被发现，其为植物内质网胁迫领域的深入研究，开辟了新思路、新途径。

参考文献

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