Science Signaling | 北卡教堂山分校揭示植物G蛋白信号转导激活免疫响应的偏向机制！

在拟南芥中，Gα 亚基拟南芥 G蛋白ALPHA1（AtGPA1）在没有G蛋白偶联受体 (GPCR)的情况下自发地交换核苷酸，因此以内在的鸟苷三磷酸酶 (GTPase) 活性作为限速步骤进行自我激活。拟南芥G蛋白信号调节蛋白1 (AtRGS1) 加速 AtGPA1的内在GTPase活性，因此，无活性的Gα保持与GDP结合，直到AtRGS1被内吞，抑制AtGPA1并允许通过核苷酸交换和随后的激活下游信号转导。AtRGS1内吞作用是持续G蛋白激活的公认指标，内吞AtRGS1的比例与GTP结合状态中Gα的比例呈线性相关。

迄今为止，有两个经过充分研究的信号通过AtRGS1内吞作用直接快速激活拟南芥异源三聚体G蛋白信号通路。一个信号是flg22，一种来自植物病原丁香假单胞菌的22个氨基酸的病原体相关分子模式 (PAMP)，被植物细胞识别以启动先天免疫途径（Cell Host & Microbe | 细菌鞭毛蛋白与植物免疫系统之间的 “猫鼠游戏”！Cell Host ＆ Microbe | Jeff Dangl团队揭示共生菌群通过MAMP多样性调节植物免疫！Cell Host & Microbe | 背靠背！Jeff Dangl团队揭示拮抗多效性调节植物免疫的机制！）。已经确定flg22被共受体BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BAK1) 和FLAGELLIN-SENSITIVE2 (FLS2) 细胞外感知，这两种类受体激酶 (RLK)，作为较大G蛋白复合物的一部分。另一个信号是葡萄糖或葡萄糖代谢物，它们是光合作用和淀粉储存代谢的产物

2021年8月10日，国际权威学术期刊Science Signaling发表了美国北卡罗来纳大学教堂山分校Alan M. Jones团队的最新相关研究成果，题为Differential regulation of G protein signaling in Arabidopsis through two distinct pathways that internalize AtRGS1的研究论文。

在拟南芥中，葡萄糖和细菌肽flg22均诱导RGS蛋白AtRGS1的内化，但引发不同的转录反应。细胞反应的明显变化是由分离的信号通路介导的。葡萄糖和flg22通过不同形式的内吞作用诱导AtRGS1的内化，并且需要不同的磷酸化事件、内吞衔接蛋白和G蛋白亚基。由于这些系统性偏见，只有flg22在基因表达发生变化之前触发MAPK和 Ca²⁺信号传导。因此，AtRGS1通过起源于质膜的信号通路结构的差异将适当的信号输出连接到相应的信号输入。

在动物中，七跨膜GPCR的内吞作用由抑制素介导，以传播或阻止细胞质G蛋白介导的信号传导，这取决于受体或配体的偏向性，这决定了与另一种转导通路相比使用了多少转导通路。在拟南芥中，G蛋白偶联信号不需要GPCR，因为异源三聚体G蛋白复合物会自发地交换核苷酸。相反，七跨膜蛋白AtRGS1通过配体依赖性内吞作用调节G蛋白信号传导，从而在没有典型抑制素参与的情况下启动信号传导的去抑制。本研究发现AtRGS1的内吞作用是从两个独立的质膜开始的：甾醇依赖性域和网格蛋白可接近的邻域，每个域都有一组精选的鉴别蛋白、激活蛋白和候选抑制蛋白类配体。配体（病原体相关分子模式flg22或糖葡萄糖）决定了AtRGS1内吞作用的起源。因此，在这个系统中，与其相关的信号小体结构的区隔驱动了有偏向的信号。

图 1 AtRGS1复合物感知细胞外flg22和葡萄糖或葡萄糖代谢物

图 2 MAPK激活和Ca²⁺信号响应flg22和基因表达响应D-葡萄糖

图 3 AtRGS1内吞作用的两个起源

图 4 AtRGS1的CME具有磷酸化依赖性和G蛋白特异性

图5 逆转运复合物的拟南芥VPS26亚基二聚化并促进AtRGS1内化

图 6 flg22和D-葡萄糖偏向信号的概述

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