植物激素油菜素内酯受体识别的结构机制研究

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植物激素在植物的生长发育和生理调节中起关键作用。油菜素内酯是植物体中的一类甾类激素,在化学结构上同动物类固醇激素类似。油菜素内酯调控很多生长发育的过程,包括植物茎和根的生长,维管发育,光形态建成和花粉管伸长等。BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE1(BRI1)被证明是植物中油菜素内酯的主要受体。BRI1属于leucine-rich repeat receptor like kinases(LRR-RLKs)蛋白家族。该家族蛋白的典型结构包括一个单次跨膜区域,一个胞外LRR结构域和一个胞内激酶结构域。许多遗传和生化的数据都证明BRI1的LRR结构域是油菜素内酯的识别结构域。BRI1的胞外结构域中包含一个非LRR的70个氨基酸残基的岛区结构。岛区对油菜素内酯的识别是必不可少。在识别油菜素内酯后,BRI1和它的共同受体BRI1-ASSOCIATED RECEPTOR KINASE1(BAK1)形成复合物,激活下游信号通路并调节基因表达。但是BRI1识别油菜素内酯以及油菜素内酯激活BRI1的机理尚不清楚。  为了回答这些问题,本文解析了BRI1-LRR的晶体结构和结合油菜素内酯的复合物的晶体结构。BRI1-LRR形成一个高度扭曲的右旋螺线管结构,整体沿中心轴旋转约360度。非LRR的岛区通过两个loops从LRR中延伸出来形成一个相对独立的折叠。岛区同LRR结构存在广泛的相互作用。BRI1的岛区和LRR结构C端一起构成了结合油菜素内酯的疏水凹槽。这个凹槽通过氢键和形状互补来特异结合激素。遗传和突变模拟表明,扰乱岛区构象能够破坏油菜素内酯的识别。结构比较显示油菜素内酯的结合并没有诱导BRI1-LRR整体结构发生明显的变化。BRI1-LRR在晶体和溶液中都以单体的形式存在。本文进一步解析了BRI1同源蛋白BRL1的LRR结构域结合油菜素内酯的晶体结构并构建了BRL2的潜在油菜素内酯结合区域的结构模型。BRI1和同源蛋白的结构比对解释了它们对激素的差异识别。总之,本文展示了一个具有岛区的新颖LRR蛋白结构,揭示了油菜素内酯受体识别的结构机制并且为油菜素内酯诱导BRI1激活机制的进一步研究提供了基础。  
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