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BioMed科技 · 公众号 · · 2025-02-13 20:10

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植物免疫系统通过识别病原效应分子并启动防御反应来保护植物免受病原侵害。核苷酸结合亮氨酸重复（NLR）受体是植物免疫中的关键调控因子，能够感知病原效应蛋白或宿主蛋白的修饰，进而激活效应器触发免疫（ETI）。在拟南芥中，某些NLR受体通过催化第二信使的产生，激活EDS1-SAG101复合物，与辅助NLR（如NRG1A）合作启动免疫反应。尽管NLR受体的激活机制已逐渐被揭示，但其具体的调控机制仍不完全明了。

基于此， 西湖大学生命科学学院讲席教授柴继杰 及 德国马普研究所 Jane E. Parker教授 等人合作，揭示了植物免疫中NRG1A受体的激活与调控机制。研究发现，第二信使分子激活的EDS1-SAG101复合物通过与NRG1A的亮氨酸重复域结合，诱导NRG1A的别构激活。此外，他们还发现NRG1C，一个NRG1家族的抑制性成员，通过与EDS1-SAG101复合物的竞争性结合，抑制NRG1A的激活，从而负向调控免疫反应。这些发现深入阐明了NRG1A的激活机制及其抑制机制，为理解植物免疫的核心调控系统提供了新的分子机制。

该研究成果以Balanced plant helper NLR activation by a modified host protein complex为题，于2025年2月12日发表在 Nature 上。西湖大学生命科学学院 博士后黄诗嘉 、德国马普研究所 博士后王俊丽、 清华大学2022 级 博士生宋日丹 和河南农业大学 贾奥琳教授 为论文共同第一作者。

EDS1-SAG101与NRG1A ^∆N57 之间的相互作用及其寡聚化过程

通过谷胱甘肽S-transferase（GST）拉下实验，发现NRG1A ^∆N57 与EDS1-SAG101之间存在强烈的结合。在凝胶过滤分析中，EDS1-SAG101与NRG1A ^∆N57 复合物形成了分子量约为669 kDa的寡聚体，而单独的EDS1-SAG101复合物的分子量为158 kDa。这表明EDS1-SAG101结合后可形成寡聚的EDS1-SAG101-NRG1A复合物。电子显微镜（EM）分析进一步揭示了这些复合物的不同寡聚形态，包括二聚体、三聚体和四聚体，但也观察到一些类似五聚体的颗粒，表明NRG1A ^∆N57 的N末端缺失可能影响复合物的寡聚化。

图1：EDS1–SAG101–NRG1A ^∆N57 的诱导聚合。

EDS1–SAG101与NRG1A ^WHD-LRR 的相互作用及其激活机制

研究表明，RPP1抵抗体复合物催化的ADPr-ATP/di-ADPR第二信使在EDS1-SAG101和NRG1A ^WHD-LRR 的结合中起着重要作用。通过冷冻电镜（cryo-EM）分析，解决了EDS1–SAG101–NRG1A ^WHD-LRR 三聚体复合物的结构，解析了NRG1A ^WHD-LRR 通过其LRR结构域与EDS1和SAG101的C末端EP结构域相互作用。这一结构表明ADPr-ATP引发SAG101的构象变化，进而被NRG1A识别并激活。研究还表明，植物的NLRs通过类似病原效应因子识别机制进行激活，证实了基于ATP交换和构象变化的激活机制在植物免疫中是保守的。

图2：EDS1–SAG101的诱导构象变化被NRG1A ^WHD-LRR 识别。

EDS1–SAG101与NRG1A ^WHD-LRR 的相互作用机制

NRG1A的C末端α螺旋与SAG101的C末端α8和α10形成三螺旋束结构，多个疏水性和氢键相互作用促进了NRG1A与SAG101的结合。突变实验表明，NRG1A C末端的α螺旋及其LRR结构域与SAG101的C末端α螺旋的相互作用对于二者的结合至关重要。此外，植物实验表明，这些关键氨基酸的突变抑制了RPS4-TIR引发的细胞死亡反应，证明了这些界面在植物免疫反应中的功能重要性。

图3：LRR结构域介导NRG1A ^WHD-LRR 与EDS1–SAG101的EP结构域的相互作用。

EDS1–SAG101–NRG1C复合物的结构与功能机制

通过GST pulldown实验，发现NRG1C与EDS1–SAG101的相互作用依赖于RPP1 resistosome催化的产物。晶体结构解析显示，NRG1C与EDS1–SAG101的结合方式与NRG1A类似，C末端短α螺旋与SAG101的α8和α10及EDS1的α13表面凹槽结合。突变实验表明，NRG1C C末端或特定氨基酸的缺失会破坏与EDS1–SAG101的相互作用，并抑制NRG1A依赖的RPS4-TIR诱导的细胞死亡反应，说明这些关键相互作用在植物免疫中起重要作用。

图4：EDS1–SAG101–NRG1C的晶体结构。

NRG1A与NRG1C在EDS1–SAG101复合物中的竞争关系

结构分析显示，NRG1C的氨基酸替代使其与SAG101的结合比NRG1A更强。ITC实验表明，NRG1C与EDS1–SAG101的结合亲和力远高于NRG1A∆CC（约43nM与4μM）。进一步的竞争实验表明，NRG1C可以有效地替代NRG1A∆CC与EDS1–SAG101结合，并且在2:1比例时几乎完全取代NRG1A∆CC。相比之下，NRG1C在已形成的EDS1–SAG101–NRG1A ^WHD-LRR 复合物中替代效果较弱，表明NRG1C通过更强的亲和力占据激活的EDS1–SAG101复合物，抑制NRG1A的作用。

图5：NRG1C在与EDS1–SAG101结合时优先竞争NRG1A∆CC。

【小结】

该研究揭示了NRG1A和NRG1C在植物免疫中的不同作用机制。NRG1A通过EDS1–SAG101复合物激活，促进免疫反应，但NRG1C具有更强的结合亲和力，能够通过与EDS1–SAG101的直接相互作用，抑制NRG1A的激活，从而限制过度的细胞死亡。NRG1C的激活依赖于TIR小分子刺激，这为调控植物免疫提供了反馈机制。研究还提出，NRG1A、NRG1B与NRG1C之间的平衡调节EDS1–SAG101的免疫输出，增强植物应对病原的能力。

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EDS1-SAG101与NRG1A ∆N57 之间的相互作用及其寡聚化过程

EDS1–SAG101与NRG1A WHD-LRR 的相互作用及其激活机制

EDS1–SAG101与NRG1A WHD-LRR 的相互作用机制