清华大学颜宁再发Cell子刊文章

　　

生物通报道：来自清华大学生物膜与膜生物工程国家重点实验室，北京大学，罗氏制药等处的研究人员揭示脱落酸受体研究新进展，他们在之前研究的基础上，鉴定出一类不依赖于ABA即可对下游PP2C进行抑制的PYL亚家族，并且揭示了它们独立于ABA行使功能的分子机理。这一发现提供了对PYL家族蛋白依据结构和功能的重新分类。这一研究成果公布在《Molecular Cell》杂志上。

文章的通讯作者是清华大学新生派实力“干将”颜宁教授，她早年毕业于清华大学生物系，2004年获得普林斯顿大学博士学位，2007年回国，任清华大学医学院担任教授，曾获得Science 和GE Healthcare评选的2005年“青年科学家奖”（北美地区）。近年来其研究组在结构生物学方面进行了多项研究，取得了一系列突出的研究成果。

脱落酸（Abscisic Acid），简称ABA，是植物体内最重要的植物激素分子之一，它具有控制、气孔关闭、影响种子发芽等重要的生理功能，对于保护植物对抗逆境具有至关重要的作用。ABA受体的研究近年来获得了广泛关注。2009年4月,Science杂志同期发表了两个研究组的独立成果，他们发现了同一家族蛋白PYR/PYL/RCAR（PYLs）是ABA的潜在受体。半年之后，包括清华大学颜宁教授领导的科研小组在内的来自中国、美国、日本、欧洲的五个研究组几乎同时报道了有关ABA受体的结构生物学研究，证实了PYL家族蛋白是ABA的直接受体，并揭示了ABA调控PYL蛋白抑制下游PP2C的分子机制。这一系列对于ABA受体发现并鉴定的工作入选2009年Science评选的该年度“科学十大进展”。

PYL蛋白家族在拟南芥中共有14个序列比较保守的成员。自2009年以来，颜宁领导的研究组对PYL家族进行了系统和深入的研究。近期这一研究组又通过结构生物学和系统的生物化学分析鉴定出一类不依赖于ABA即可对下游PP2C进行抑制的PYL亚家族，并且揭示了它们独立于ABA行使功能的分子机理。这一发现提供了对PYL家族蛋白依据结构和功能的重新分类。

在这篇论文中，研究小组对可以体外重组获得的PYL家族的10个成员进行了系统的生物化学分析，发现不同PYL蛋白抑制下游4个不同PP2C具有显著的特异性，从而为理解PYL家族的冗余性提供了重要的分子基础。更为重要的是，她们发现这些蛋白在信号通路中的作用机制并不相同。其中一类蛋白(以PYL10为代表的PYL4-10)在没有ABA的情况下就可以比较有效地抑制下游PP2C的去磷酸化酶的活性，而另外一类（PYR1和PYL1-3）则严格依赖于ABA行使功能。进一步的分子机理研究发现，ABA非依赖性PYL在溶液中以monomer(单体)形式存在；而依赖性蛋白则以dimer(二聚体)形式存在，这一发现验证了她们在2009年提出的关于二聚体的存在形式对PYL蛋白有负调节作用的假想。研究小组还进一步发现单体是ABA非依赖性的必要非充分条件，若要使PYL具有ABA非依赖性，该蛋白门控区（CL2 switch loop）的附近还必须有比较大的疏水氨基酸以吸引CL2闭合。这一发现进一步验证了该研究组在2010年针对PYL识别ABA及其类似小分子的结构机理而提出的化学原则。

ABA非依赖性PYL蛋白亚家族的发现为进一步理解ABA的信号传导以及植物抗逆性的调控提供了重要线索。

（生物通：万纹）

原文摘要：

The Molecular Basis of ABA-Independent Inhibition of PP2Cs by a Subclass of PYL Proteins

Highlights
A subclass of PYLs was identified to inhibit PP2C in the absence of ABA
Structures of PYL10 in apo- and PP2C-bound forms were obtained
The molecular basis underlying the constitutive activity of PYLs was revealed
The results shed light on the engineering of plants for enhanced stress-tolerance

Summary
PYR1/PYL/RCAR proteins (PYLs) are confirmed abscisic acid (ABA) receptors, which inhibit protein phosphatase 2C (PP2C) upon binding to ABA. Arabidopsis thaliana has 14 PYLs, yet their functional distinction remains unclear. Here, we report systematic biochemical characterization of PYLs. A subclass of PYLs, represented by PYL10, inhibited PP2C in the absence of any ligand. Crystal structures of PYL10, both in the free form and in the HAB1 (PP2C)-bound state, revealed the structural basis for its constitutive activity. Structural-guided biochemical analyses revealed that ABA-independent inhibition of PP2C requires the PYLs to exist in a monomeric state. In addition, the residues guarding the entrance to the ligand-binding pocket of these PYLs should be bulky and hydrophobic. Based on these principles, we were able to generate monomeric PYL2 variants that gained constitutive inhibitory effect on PP2Cs. These findings provide an important framework for understanding the complex regulation of ABA signaling by PYL proteins.

作者简介：

颜宁 教授、博士生导师

1977年出生于山东。1996-2000年就读于清华大学生物系获学士学位；2000-2004年于普林斯顿大学分子生物学系攻读博士学位；2005-2007年于普林斯顿大学分子生物学系从事博士后研究；2007年受聘于清华大学医学院担任教授、博导。获得由 Science 和GE Healthcare评选的2005年“青年科学家奖”（北美地区）。

实验室的主要研究方向：

1.重要膜蛋白的结构与功能研究

2.胆固醇代谢调控通路的结构生物学和生物化学研究