Cell | 光诱导的光敏色素B重构使光敏色素相互作用因子的信号转导成为可能

科技 2024-10-31 22:13 重庆

2024年9月23日，北京大学王继纵/邓兴旺为共同通讯在 Cell 上发表题为“Light-induced remodeling of phytochrome B enables signal transduction by phytochrome-interacting factor”的研究论文，该研究通过Cryo-EM技术揭示了光诱导的phyB结构重塑及其与PIF6的结合机制，为理解phyB在光信号传导中的作用提供了重要见解。

#01

.研究背景

植物通过感知环境中的光信号来调节其生长发育，这一过程依赖于多种光受体，其中光敏色素（phytochrome, phy）是一类重要的红光和远红光受体。光敏色素B（Phytochrome B, phyB）是拟南芥（Arabidopsis thaliana）中光形态建成的主要光敏色素之一。phyB在黑暗中主要以红光吸收型（Pr）存在，吸收红光后转变为远红光吸收型（Pfr），这一光转换过程是其行使功能的关键步骤。在Pfr状态下，phyB从细胞质转位到细胞核，与光敏色素相互作用因子（Phytochrome-Interacting Factors, PIFs）结合，进而调控下游基因表达，影响植物的生长和发育。

近年来，关于phyB光激活及其与PIF相互作用的分子机制的研究取得了显著进展。然而，phyB光激活后如何与PIF结合以启动信号传导的具体机制仍不清楚。本研究通过冷冻电子显微镜（Cryo-EM）技术解析了phyB与PIF6复合物的结构，为揭示这一过程提供了重要线索。

#02

.科学问题

本研究旨在解决以下科学问题：

phyB在光激活过程中经历了哪些结构重塑？

这些结构重塑如何促进phyB与PIF6的结合？

phyB-PIF6复合物的形成如何启动信号传导？

#03

.研究结果

1. phyB的光激活与结构重塑

研究发现，红光照射导致phyB中的色素分子发生构象变化，进而引发phyB N端感光模块（PSM）内PHY舌结构的转变，从β-折叠转变为α-螺旋。这一转变破坏了phyB在Pr状态下的头尾二聚体结构，使其转变为更为灵活的构象，为PIF6的结合提供了可能。

图1 PHY舌的光诱导转变

2. phyB与PIF6的结合机制

Cryo-EM结构显示，激活后的phyB（Pfr）与PIF6的N端APB结构域结合，形成稳定的复合物。PIF6的APB结构域被分为APB-b和APB-a两部分，分别结合phyB的两个不同区域。APB-b与phyB的N端延伸域（NTE）结合，稳定了phyB的Pfr状态；而APB-a则夹在phyB的两个PSM模块之间，促进了phyB的头对头二聚体形成。

图2 通过PIF 6-APB-a稳定的phyB-Pfr的头对头二聚体用于信号传导

3. phyB-PIF6复合物的信号传导功能

研究还发现，phyB与PIF6的结合不仅稳定了phyB的Pfr状态，还促进了phyB的二聚化，这对于触发下游信号传导至关重要。此外，phyB与PIF6的结合比例为2:1，即每个phyB二聚体只结合一个PIF6分子，这种不对称的结合方式可能有助于phyB的可逆性光响应。

图3 红光激活phyB并转导PIF信号结构机制模型

#04

.研究结论

本研究通过Cryo-EM技术揭示了光诱导的phyB结构重塑及其与PIF6的结合机制，为理解phyB在光信号传导中的作用提供了重要见解。研究结果表明，phyB在光激活后经历了复杂的结构重塑，这些重塑促进了其与PIF6的结合，进而启动了信号传导过程。此外，phyB与PIF6的不对称结合方式可能对于维持phyB的可逆性光响应具有重要意义。

评论：李嘉

编辑：黄文尉

校对：付小康

林木科学评论

Xu/Luo Lab

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