生物大分子在植物细胞内膜系统间的转运及分布对植物的生长和发育至关重要1。接头蛋白（Adaptor Protein: AP）是一类进化上非常保守的复合物，他们参与了植物内膜转运的精细调控2。通过进化分析及功能研究，在拟南芥中已报道了从AP-1 到AP-5五个接头蛋白家族及TPLATE 蛋白复合物。其中AP-2 及TPLATE 复合物精确参与到植物的内吞过程中，AP-1，AP-3 及AP-4 则在反面高尔基体网状结构（TGN）起始的内膜转运过程中发挥重要作用。然而，AP-5 复合物的精确组成及其功能尚未详细阐述，同时植物接头蛋白复合物的辅助互作蛋白及靶向运输蛋白的调控过程也尚不清楚。
2023年1月12日，比利时根特大学Eugenia Russinova团队在 Nature Plants杂志上发表了题为“Adaptor protein complex interaction map in Arabidopsis identifies P34 as a common stability regulator”的研究论文。该研究报道了拟南芥接头蛋白（AP）复合体的蛋白互作网络，为理解植物内膜转运系统的调控网络提供了重要的研究资源，同时揭示了 P34在多个AP复合物中扮演核心的稳定因子。
研究团队利用拟南芥悬浮细胞表达特异诱饵蛋白，通过一系列蛋白质组学纯化方法如串联亲和纯化(TAP)、单步亲和纯化（AP-MS）和邻近蛋白标记(PL-MS)结合质谱分析等，构建了总计536种蛋白及926对相互作用的AP复合物互作网络，同时鉴定到与多个AP复合物互作的新的核心蛋白如BAG4, AAK1及P34等（图1）。
图1.接头蛋白复合物的互作网络
研究团队利用CoIP及BiFC对BAG4, AAK1及P34的互作网络进行了进一步的验证，同时对AP-5复合物的组成进行了精确的阐释，鉴定到植物细胞AP-5复合体中新的组成亚基SPG11及SPG15。通过功能聚集分析发现AP复合物可能参与到其它一些生物学功能如mRNA转运及细胞分裂等，对全面理解AP复合物功能具有重要意义。
由于P34同时与AP-1, AP-2及AP-4 互作，研究团队进一步对其生物学功能进行了探索。通过CRISPR敲除P34基因发现，p34纯合突变引起胚胎致死。胚胎发育实验表明P34敲除突变会延缓胚胎发育并影响胚胎的最终成熟。进一步通过诱导型CRISPR发现敲除P34会影响植物主根的生长及向重性，同时通过免疫印迹分析发现AP-1，AP-2及AP-4蛋白在p34突变体中极不稳定。为了探究P34是否影响互作AP复合物调控的内膜转运过程，研究团队首先对AP-2参与调控的内吞过程进行了检测，发现FM4-64染料的吸收及受内吞调控的PIN2的转运在p34突变体中有不同程度的受损。此外分别依赖AP-1和AP-4的高尔基定位蛋白SYP61及MTV1的定位在p34 突变体中都表现出与在ap1 及ap4中相似的分布，而AP-3相关的转运在p34突变体中未受到明显影响（图2）。综上所述，P34对AP-1，AP-2及AP-4的蛋白稳定性及相关的内膜转运具有重要且特异的作用。有趣的是，在拟南芥中AP-1，AP-2及AP-4均为与网格蛋白互作的AP复合物3，因此未来探究P34的功能是否与网格蛋白相关是非常有趣的方向。
图2.P34调控的内膜系统转运
根特大学博士生王鹏及博士后萧蔚为该论文的共同第一作者。萧蔚及Eugenia Russinova教授为论文的共同通讯作者。此外根特大学的Kris Gevaert, Steffen Vanneste, Geert De Jaeger及 Daniël Van Damme教授参与了该研究。本研究受到了国家留学基金委公派博士生项目的支持。
参考文献：
1. Aniento, F., de Medina Hernández, V. S., Dagdas, Y., Rojas-Pierce, M. & Russinova, E. Molecular mechanisms of endomembrane trafficking in plants. Plant Cell34, 146–173 (2022).
2. Cevher-Keskin, B. & Cevher-Keskin, B. Endomembrane Trafficking in Plants. Electrodialysis (2020). doi:10.5772/INTECHOPEN.91642
3. Dahhan, D. A. et al. Proteomic characterization of isolated Arabidopsis clathrin-coated vesicles reveals evolutionarily conserved and plant-specific components. Plant Cell 34, 2150–2173 (2022).
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41477-022-01328-2
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