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逯 杨/苏 畅 课题组在Nature Cell Biology发文揭示CO2感受器PP2C家族通过相分离发挥磷酸酶活性
时间:2022-06-20 09:57:20 阅读量:

  2022年6月16日,武汉大学逯杨和苏畅团队在Nature Cell Biology(IF:28.824)发表了文章The intrinsically disordered region from PP2C phosphatases functions as a conserved CO2 sensor(PP2C磷酸酶中的无规则序列作为保守的CO2感受器)。该研究发现在真菌和植物中存在着一类特殊的PP2C家族磷酸酶中能够直接感受CO2气体分子,而非HCO3-。这些能够感受CO2的PP2C磷酸酶都含有一段天然无序序列(IDR),CO2能够通过其IDR诱导蛋白发生液-液相分离(LLPS),在这个过程中激发其磷酸酶活性,进而调控一系列下游通路。


  作为最主要的人类共生-致病真菌,白念珠菌既可以适应皮肤表面较低水平的CO2,又可以在体内5% CO2中生存进而侵染组织,所以是研究CO2感知系统的良好模型。在前期工作中,该课题组通过高通量遗传学筛选鉴定到了一个PP2C磷酸酶Ptc2调控CO2诱导的白念珠菌菌丝发育。在此基础上,通过对Ptc2序列和结构的分析,发现不同于该家族的其它磷酸酶,Ptc2C端特异性地含有一段IDR。进一步的研究发现无论在细胞内还是体外系统,CO2都可以通过IDR促使Ptc2发生液-液相分离,在这个过程中Ptc2磷酸酶活性显著提高。重要的是,Ptc2中的IDR序列所介导的CO2感受机制在真菌中是保守的,真菌利用这个机制调控多个CO2 介导的生理过程。

  植物通过光合作用将CO2和H2O合成富能有机物,同时释放出O2。它们通过感受外界CO2浓度调整气孔大小和密度来防止水分丧失,但是植物中直接的CO2气体感受器目前还是未知的。通过对拟南芥中80个PP2C磷酸酶进行序列和结构的分析,发现AP2C3的N端具有一段IDR序列,这段IDR同样可以在外界CO2浓度提高时介导AP2C3发生液-液相分离。激活其磷酸酶活性。这说明AP2C3很可能作为CO2直接感受器调控植物的气孔的开关和密度。

  这项研究表明CO2可以在真菌和植物中驱动含有IDR序列的PP2C磷酸酶发生液-液相分离,激活其活性,调控下游的生理过程。同时证明这些PP2C磷酸酶中的IDR序列虽然在一级结构上并不保守,但都可以行使感受CO2气体的功能。由于PP2C磷酸酶在细菌、真菌、昆虫、植物和哺乳动物中广泛存在,所以这个CO2感受机制很可能在生物体中被普遍采用。


  武汉大学生命科学学院逯杨研究员和苏畅副研究员为该论文的共同通讯作者,武汉大学生命科学学院博士研究生张茂为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费专项资金项目资助。


  原文链接:https://www.nature.com/articles/s41556-022-00936-6