由華人科學(xué)家鄭寧（Ning Zheng）領(lǐng)導(dǎo)的一個華盛頓大學(xué)研究小組，在新研究中闡明了植物雙親和性硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白NRT1.1的晶體結(jié)構(gòu)。
鄭寧現(xiàn)為華盛頓大學(xué)副教授、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員，長期從事泛素化機(jī)理及其關(guān)鍵蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，取得一系列重要成果。不久前，他在Nature雜志上發(fā)表另一項重要的成果，闡明了一個長期存在的謎題：門控鈣通道時如何“大海撈針”促進(jìn)快速的、高選擇性的Ca2+流入細(xì)胞內(nèi)的。
硝酸鹽（nitrate, NO3-）對植物來說是一種重要的氮源。通過根吸收硝酸鹽是植物獲取氮至關(guān)重要的*步。土壤中硝酸鹽的水平受到許多環(huán)境因素的影響。因此，土壤中的硝酸鹽濃度可以經(jīng)歷快速的變化，從微克低水平上升至毫克高水平。
在適應(yīng)波動硝酸鹽水平的過程中，植物進(jìn)化出了兩個具有不同動力特性的互補(bǔ)硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白系統(tǒng)。高親和性的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)HATS由NRT2/NNP家族成員構(gòu)成，在微克范圍內(nèi)推動硝酸鹽吸收。而低親和性的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)LATS由NRT1/PTR構(gòu)成，以毫克濃度轉(zhuǎn)運硝酸鹽。響應(yīng)氮獲得量和需求的變化，通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控和翻譯后修飾可進(jìn)一步微調(diào)這兩個系統(tǒng)選擇性元件的活性。兩個家族的轉(zhuǎn)運蛋白都屬于MFS次級轉(zhuǎn)運蛋白，依賴于質(zhì)子進(jìn)行硝酸鹽轉(zhuǎn)運。
擬南芥NRT1.1蛋白是在高等植物中被確定的*個硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白，屬于NRT1家族。不同于大多數(shù)的NRT1和NRT2家族成員，NRT1.1是一種雙親和性轉(zhuǎn)運蛋白，促成了HATS和LATS系統(tǒng)。NRT1.1可以在廣泛的濃度范圍吸收硝酸鹽。NRT1.1的作用模式受到一個關(guān)鍵殘基Thr101磷酸化作用調(diào)控。但目前仍不清楚這一翻譯后修飾開關(guān)是如何切換NRT1.1的兩種親和狀態(tài)的。
在這篇文章中，研究人員獲得了未磷酸化的NRT1.1的晶體結(jié)構(gòu)，在面向內(nèi)的構(gòu)象中發(fā)現(xiàn)了一個出人意外的同型二聚體。在低親和性狀態(tài)時，Thr 101磷酸化位點埋入緊鄰這一二聚體界面的一個口袋中，將這一轉(zhuǎn)運蛋白的磷酸化狀態(tài)與它的低聚物狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來。利用基于細(xì)胞的熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，研究人員證實功能性的NRT1.1在細(xì)胞膜中二聚化，Thr 101擬磷酸化突變通過將這一二聚體解偶聯(lián)，使得這一蛋白轉(zhuǎn)換為單相高親和性轉(zhuǎn)運蛋白。結(jié)合底物轉(zhuǎn)運通道分析，研究結(jié)果證實這一磷酸化作用控制的二聚化開關(guān)使得NRT1.1能夠以兩種不同的親和模式來吸收硝酸鹽。
轉(zhuǎn)運蛋白寡聚化和磷酸化與許多MFS次級轉(zhuǎn)運蛋白的*功能相關(guān)。闡明NRT1.1二聚體的晶體結(jié)構(gòu)不僅為理解它的雙親和性硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白及受體活性提供了一個結(jié)構(gòu)框架，還揭示了蛋白質(zhì)寡聚化和翻譯后修飾協(xié)同作用擴(kuò)大一種MFS轉(zhuǎn)運蛋白功能能力的一種新機(jī)制。
