11月7日，柴继杰教授团队和河南师范大学等多家研究团队在Nature Plants上发表了题为N-glycosylation facilitates the activation of a plant cell-surface receptor的研究论文。该研究利用结构生物学、生物化学、遗传学、质谱学等手段揭示了MIK2识别SCOOP12的分子机制以及N-糖基化修饰在促进植物免疫受体激酶信号复合物组装和激活方面的全新作用机制。
研究团队解析了MIK2LRR-SCOOP12-BAK1LRR三元复合物的冷冻电镜结构，揭示了MIK2通过DNHH基序与SCOOP12的保守SxS基序之间发生特异性相互作用。结合体外生化和体内功能实验，阐明了MIK2通过“松散但特异性”的机制完成对数量繁多的SCOOPs家族小肽的识别。值得一提的是，DNHH基序在多个十字花科植物的MIK2同源受体中高度保守，暗示这些MIK2受体可能也以类似方式发挥功能。此外，研究还揭示了SCOOP12通过其C端与BAK1 N端的招募环相互作用，发挥分子胶的功能，促进MIK2与BAK1的相互作用，从而组成活化的信号复合物。
更重要的是，研究人员发现MIK2结构中共有16个位点发生了N-糖基化修饰。有趣的是，位于MIK2第14个LRR凹面的Asn410上的N-聚糖紧密覆盖在共受体BAK1的N端帽子区域。根据电子密度，可以清晰定义出一个核心五糖（GlcNAc2Man3）结构。进一步分析显示，该五糖与BAK1直接接触，并与BAK1的特定氨基酸产生相互作用（图 1）。
图1 MIK2 N410-聚糖与共受体BAK1的相互作用细节
随后进行的体外生化和体内功能实验表明，MIK2 N410糖基化修饰在BAK1与MIK2-SCOOP12的相互作用中发挥了关键的促进作用。MIK2 N410糖基化修饰缺失会显著削弱MIK2-SCOOP12与BAK1的结合能力，从而影响免疫复合物的组装和信号激活（图 2a-c），最终削弱植物的抗病反应。研究团队利用HCD-pd-EThcD-MS技术检测到拟南芥内源表达的MIK2全长蛋白与异源重组表达的MIK2胞外蛋白在N410处具有相似的糖基化修饰模式。表明复合物电镜结构中观察到的N410-聚糖在拟南芥中是真实存在的（图 2d）。并且，MIK2 N410糖基化修饰位点在多种十字花科植物中高度保守，暗示其在不同物种中可能发挥类似的功能。
综上所述，该研究解析了MIK2识别SCOOPs的结构基础，为全面揭示LRR XI家族受体激酶识别植物细胞因子提供了重要拼图。研究首次揭示了N-糖基化修饰在促进植物受体激酶信号复合物组装过程中的关键作用，为研究N-糖基化修饰在植物受体中的作用机理提供了新思路，同时为鉴定受体激酶/蛋白糖基化修饰模式提供重要技术支持。
河南师范大学生命科学学院博士生贾方帅、中科院植物所肖裕研究员、北京大学现代农业研究院研究生冯瑶洁为论文的共同第一作者。西湖大学生命科学学院柴继杰教授、北京大学现代农业研究院侯书国研究员、西湖实验室韩志富研究员和中科院植物所肖裕研究员为共同通讯作者。北京大学现代农业研究院研究生燕景慧，西湖大学范明珠博士、孙玥博士、黄诗嘉博士，河南师范大学生命科学学院李卫国教授、研究生赵田也参与了部分研究工作。北京大学现代农业研究院冷冻电镜平台的赵珺博士对冷冻电镜数据收集给予了大力的指导和帮助。该研究获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、山东省自然科学基金重大基础研究项目、植物多样性与特色经济作物全国重点实验室项目的支持。
全文链接:
https://www.nature.com/articles/s41477-024-01841-6
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