PNAS | 俄亥俄州立大学David Mackey团队揭示植物免疫反应精细调控的新机制！

免疫反应可保护生物体免受生物挑战，但也会产生有害作用，例如炎症和坏死。这种在生长防御方面的权衡需要对免疫反应进行精细控制，包括激活防御基因表达 (Cell | 专家点评：植物免疫期间如何不“殃及池鱼”？）。转录共激活因子NPR1是植物细胞中免疫激活的关键调控中心(Nature | 董欣年和郑宁团队研究揭示拟南芥NPR蛋白感知水杨酸的结构机制！)。出乎意料的是，要完全激活NPR1激活的防御基因，就需要蛋白酶体介导的NPR1的降解，该降解是由基于CUL3的E3泛素连接酶复合物诱导的（近五年7篇CNS！美国杜克大学董欣年院士团队在植物免疫领域取得重大进展！Journal of Biological Chemistry | 深度解读植物免疫系统的分子基础！）。

近日，权威期刊PNAS发表了俄亥俄州立大学David Mackey教授和韩国建国大学Dae-Jin Yun教授团队合作的最新相关研究成果，题为HOS15is a transcriptional corepressor of NPR1-mediated gene activation of plant immunity的研究论文。本研究的工作表明，HOS15是基于CUL1的E3泛素连接酶复合物的特异性决定因素，该复合物通过将NPR1靶向蛋白酶体介导的降解来限制防御基因的表达。因此，不同的基于泛素的降解途径可以协调植物防御过程中转录输出的时间和幅度。

有效的先天免疫反应要求宿主细胞快速感应并响应病原菌的侵袭。细胞免疫反应与快速和强烈诱导所谓的防御基因有关。但是，防御基因表达不当或过度表达会对植物的生长和发育产生负面影响。为了平衡这些因素，宿主细胞使用基本但复杂的机制来紧密调节防御基因的表达。转录的控制不仅取决于转录因子，还需要对多蛋白共调节物复合物（包括共激活因子和共加压因子）进行协调调节。转录因子在其靶基因的调控区域与特定的DNA序列结合，并参与调节启动子活性和/或局部染色质重塑的蛋白质-蛋白质相互作用。这些相互作用共同控制着转录的速度和时间。

NPR1是植物免疫反应的关键调节剂。NPR1响应防御激素水杨酸（SA）介导的氧化还原变化，去寡聚并移至细胞核，诱导一系列防御基因的表达，包括转录因子和与病程相关的基因（PR）。NPR1充当转录共激活因子，具有N端BTB / POZ域，中央锚蛋白重复域，C端反式激活域和核定位序列。核定位的NPR1与三个功能冗余的基本亮氨酸拉链TGA转录因子TGA2，TGA5和TGA6的相互作用导致拟南芥中SA介导的PR基因激活。有趣的是，蛋白酶体介导的NPR1降解既负向又正向调节其活性。在未诱导的叶子的细胞中，蛋白酶体降解基础水平的核定位NPR1，以限制不适当的防御基因表达。防御诱导后，核定位的NPR1在Ser11和Ser15处被磷酸化，然后以CUL3依赖的方式迅速经历蛋白酶体介导的周转。直觉上的观察认为，NPR1靶向防御基因的最大表达需要CUL3介导的磷酸化NPR1的降解支持一种模型，在该模型中，新的转录起始周期需要在靶启动子上加载“新鲜” NPR1。

转录调控是活细胞中一个复杂而关键的过程。HOS15是转录共表达因子。尽管转录阻遏物通常已与非活性基因相关联，但越来越多的证据表明，通过了解甚少的机制，转录共抑制因子也与活跃转录的基因相关联。本研究结果表明，HOS15是SCF / CUL1 E3泛素连接酶复合物（SCFHOS15）的底物受体，该复合物通过使包含NPR1和相关转录激活子的转录激活复合物不稳定来负调节植物免疫力。在胁迫的条件下，HOS15不断消除NPR1，以防止防御基因表达不当。在防御激活后，HOS15优先与磷酸化的NPR1结合以刺激转录活性NPR1的快速降解，从而限制了防御基因表达的程度。结果表明，HOS15介导的泛素化和NPR1的消除产生的作用与共同激活防御基因表达的含CUL3的泛素连接酶相反。因此，HOS15在激活前和激活后宿主防御的动态调节中起着关键作用。

图1. hos15-2植物显示出对细菌病原体Pst DC3000的抗性增强

图2. HOS15在植物和酵母中与NPR1相互作用

图3. HOS15对植物免疫的影响取决于NPR1

图4. NPR1磷酸化调节其与HOS15的相互作用

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