Cell | 专家点评：植物免疫期间如何不“殃及池鱼”？
近日，美国华盛顿大学和杜克大学的Lucia C. Strader教授在权威期刊Cell综述和点评了近期关于NPR1缩合促进植物细胞在免疫和胁迫期间的存活相关机理的研究。
植物没有专门的免疫细胞，事实上，每个细胞都是由细胞壁固结而成的。因此，植物内的每个细胞必须能够区分微生物的朋友和敌人，并做出相应的反应（Science | 重磅研究揭示植物如何区分有益和有害微生物！）。这种反应的一部分可以包括程序性细胞死亡，以限制病原菌的传播。另一部分是向其他细胞甚至附近的植物发出信号，以增加防御信号，这一过程称为系统获得性抗性（SAR）（Cell Reports | 生长素和SA信号通路之间的拮抗互作通过拟南芥的侧根调节细菌侵染！）。
致病相关基因的非表达子（NPR1）对于系统获得性抗性至关重要。NPR1包含一个锚蛋白重复序列和一个BTB / POZ域，这是在E3泛素连接酶中经常发现的域。但是，以前为证明NPR1的E3活性所做的努力并不令人满意。此外，20年前，据报道NPR1驻留在细胞质或细胞核中，这取决于病原菌的攻击和植物激素水杨酸（SA）的存在。NPR1在这些不同位置的作用提出了另一个未解之谜。近日，Zavaliev等人部分解决了这些谜团，研究表明NPR1胞质点是多蛋白缩合物，并且NPR1泛素连接酶活性需要将其并入这些缩合物中。在解决一些疑问的过程中，他们提出了新的问题，其研究成果发表在Cell。
在阈值水平的SA刺激下，NPR1与其他蛋白质组装成细胞质中的点状结构。称为SINC（SA诱导的NPR1缩合物）（图1）。SINC富含细胞死亡调节剂和应激反应蛋白。NPR1在效应因子触发的免疫中具有令人惊讶的作用，其通过参与程序性细胞死亡的转录因子的泛素化来实现的。植物病原菌丁香假单胞菌将效应蛋白分泌到宿主细胞中，从而减弱宿主防御反应（Cell Reports | 生长素和SA信号通路之间的拮抗互作通过拟南芥的侧根调节细菌侵染！）。但是，如果这些效应子被宿主识别，通常会启动程序化的细胞死亡机制以限制病原菌扩散。远离感染部位的细胞会增加SA的产生，并以NPR1依赖的方式表达致病响应基因。实际上，在这些远端部位的感染未能以依赖NPR1的方式触发程序性细胞死亡（图1）。因此，NPR1可以促进细胞存活，并抑制继发感染中效应触发的免疫力。作者在SINCs中发现了几种与胁迫有关的蛋白后，他们研究了NPR1在其他胁迫（包括热，氧化和DNA损伤压力）中的作用，发现NPR1在一系列胁迫下可促进细胞存活。NPR1最初被鉴定为影响发病基因的表达。这些数据表明，NPR1对其他胁迫诱导基因的影响应在未来进行研究。
Zavaliev等人假设SINC是通过液-液相分离形成的，但这尚未得到正式证明。他们确定了由于其半胱氨酸残基的含量而可能具有氧化还原响应能力的几个无序区域，他们将其称为对氧化还原敏感的无序区域的RDR。当他们测试这些RDR在介导NPR1装配中的作用时，RDR1或RDR2的半胱氨酸残基的取代导致SINC装配，即使没有SA处理。相比之下，RDR3突变体在没有SA的情况下表现正常，但在SA处理后无法组装SINC。这表明三个RDR的功能截然不同。RDR1和RDR2抑制NPR1缩合组装，RDR3驱动NPR1缩合组装。
尽管有一些共有的序列特性，为什么这些不同的区域对NPR1的组装产生相反的影响，这是一个悬而未决的问题，将需要对这些区域进行进一步的生物物理和结构表征，包括它们是否实际上是无序的。该研究的分析和实验隐含了以下假设：无序区域对于NPR1缩合是必需的。无论是通过LLPS还是其他机制形成SINC，没有理由认为IDR对于此过程是必需的。虽然某些IDR足以通过同型相互作用介导蛋白质相分离，而无序接头影响结构域基序系统的相行为（其中成对的蛋白质具有模块化结合结构域的串联重复序列和短线性基序的串联重复序列同相）分离），相分离可以通过折叠域介导，而IDR实际上可以抑制相分离。因此，需要进一步的工作来了解SINC是否通过LLPS形成以及潜在的相互作用是什么。与此类开放问题无关，对SINC中NPR1的SAR相关功能的见解解决了一些长期存在的问题。
当序列分析长期指向NPR1时，为什么很难证明NPR1是E3连接酶的底物衔接子？NPR1的C末端结构域可能通过翻译后修饰抑制CUL3结合，但NPR1和CUL3在SINC中组装成功能性E3复合物。因此，这些都是对泛素化有活性的生物分子缩合物，正如人们对动物中CUL3底物适配体SPOP形成的缩合物所认为的那样。
了解SINC组装是如何启动的，还需要更多的机理研究。SA对诱导组装的作用和NPR1中氧化还原敏感半胱氨酸残基的要求表明，NPR1可能是一种氧化还原传感器，不仅用于控制效应蛋白引发的免疫，而且可能在热、氧化还原和DNA损伤应激中发挥作用。含有这些途径中的SINCs蛋白质组支持了这一想法。Zavaliev等人展示了生物化学、细胞生物学和分子遗传学技术的强大组合，深入了解NPR1在防御和细胞存活中的功能，揭示了缩合态的酶功能。未来的研究有必要了解缩合态形成的生物物理基础及其受氧化还原状态的调控，以及NPR1在各种胁迫下促进细胞存活的精确作用。