基本信息
- 項目名稱：
- 擬南芥G蛋白信號轉導調節(jié)蛋白（AtRGS1蛋白）的亞細胞定位與表達
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 根據AtRGS1蛋白的特有結構，克隆表達AtRGS1的兩個結構域，蛋白質相互作用技術證明分段克隆的C端結構域和Gα相互作用，GFP融合蛋白表達技術證明：RGS1全長蛋白及RGS1-N定位于細胞膜，RGS1-C定位于質膜和細胞核。葡萄糖和ABA處理改變RGS1-F及RGS1-C的細胞定位表達，而RGS1-N和RGS1（E320K）定位及表達未發(fā)生改變。為揭示RGS1蛋白的功能及其作用機制奠定了基礎。
- 詳細介紹：
- 異三聚體G蛋白介導的信號轉導途徑是真核生物中最保守的信號轉導途徑之一。擬南芥G蛋白信號轉導調節(jié)蛋白（Regulator of G-protein Signaling Protein in Arabidopsis thaliana，AtRGS1）在G蛋白介導的信號轉導途徑中起著十分重要的作用。本文根據AtRGS1蛋白的特有結構，將編碼AtRGS1的兩個結構域分別進行克隆表達，split-ubiquitin技術證明分段克隆的C端結構域和G蛋白α亞基相互作用，結合RGS1-GFP融合蛋白表達技術闡明：AtRGS1全長蛋白（AtRGS1-F和AtRGS1(E320K)）及AtRGS1-N端結構域定位于細胞膜，AtRGS1-C端結構域定位于質膜和細胞核。AtRGS1-N端結構域在ABA和葡萄糖處理前后都主要分布于細胞膜上，未發(fā)生遷移，表明在細胞響應脅迫信號時，AtRGS1-N端結構域可能在細胞膜上起到對外界脅迫信號感受的作用。AtRGS1-C端結構域在未處理前主要分布于細胞膜上和細胞核中，說明AtRGS1蛋白在缺少其N端結構域時，不能特異地定位在細胞膜上。葡萄糖處理后，AtRGS1-C端結構域在細胞膜上和細胞核中的表達均有所增強， ABA處理后，AtRGS1-C端結構域在整個細胞內均有分布。當將RGS結構域第320位谷氨酸點突變?yōu)橘嚢彼?，抑制了RGS的GAP活性，則削弱了葡萄糖和ABA對RGS蛋白表達的影響。推斷AtRGS1-N端結構域是AtRGS1蛋白定位于細胞膜上所必需的，在細胞響應脅迫信號時，AtRGS1-C端結構域可以與AtRGS1-N端結構域分離，進入胞內，進行信號的傳遞。為進一步揭示AtRGS1蛋白的生物學功能和深入研究其在G蛋白介導的信號轉導途徑中的作用機制奠定了基礎。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 將AtRGS1進行分段克隆表達，建立相應基因型的擬南芥懸浮細胞系，結合RGS1-GFP融合蛋白表達技術，研究AtRGS1蛋白的細胞定位及ABA和葡萄糖對AtRGS1蛋白的細胞定位和表達的影響，探討AtRGS1蛋白的兩個結構域在響應葡萄糖和ABA信號轉導途徑中的功能。為進一步揭示AtRGS1蛋白的生物學功能和深入研究其在G蛋白介導的信號轉導途徑中的作用機制奠定基礎。
科學性、先進性及獨特之處
- G蛋白信號轉導蛋白（RGS）是G蛋白信號轉導通路中一個重要的環(huán)節(jié)，但有關植物中RGS蛋白的研究才剛剛起步。“擬南芥G蛋白信號轉導蛋白（AtRGS）的亞細胞定位與表達” 選題具有科學性和前沿性；采用分段克隆的方法分別闡述蛋白質各結構域的功能，實驗思路和技術先進；其結果不但可闡明RGS蛋白在細胞中的分布，揭示其生理功能，而且可為植物中RGS的研究提供系統的植物材料。
應用價值和現實意義
- 蛋白質的“區(qū)域化分布”和“定位控制”是蛋白質行使其功能及調節(jié)生長發(fā)育的重要方面，本研究根據AtRGS1蛋白的特有結構，將編碼AtRGS1的兩個結構域分別進行克隆表達，結合RGS1-GFP融合蛋白表達技術闡明了AtRGS1蛋白在胞內的分布，及ABA和葡萄糖對AtRGS1定位的影響，為進一步深入研究AtRGS1蛋白在ABA和葡萄糖信號轉導中的作用機理奠定了理論基礎。
學術論文摘要
- 異三聚體G蛋白介導的信號轉導途徑是真核生物中最保守的信號轉導途徑之一。擬南芥G蛋白信號轉導調節(jié)蛋白（Regulator of G-protein Signaling Protein in Arabidopsis thaliana，AtRGS1）在G蛋白介導的信號轉導途徑中起著十分重要的作用。本文根據AtRGS1蛋白的特有結構，將編碼AtRGS1的兩個結構域分別進行克隆表達，split-ubiquitin技術證明分段克隆的C端結構域和G蛋白α亞基相互作用，結合RGS1-GFP融合蛋白表達技術闡明：AtRGS1全長蛋白（AtRGS1-F和AtRGS1(E320K)）及AtRGS1-N端結構域定位于細胞膜，AtRGS1-C端結構域定位于質膜和細胞核。D-葡萄糖和ABA處理可以改變AtRGS1-F及AtRGS1-C端結構域的亞細胞定位表達，而AtRGS1-N端結構域和AtRGS1（E320K）定位及表達未發(fā)生改變。為進一步揭示AtRGS1蛋白的生物學功能和深入研究其在G蛋白介導的信號轉導途徑中的作用機制奠定了基礎。
獲獎情況
- XX大學第六屆挑戰(zhàn)杯?動感地帶大學生課外學術科技作品競賽生命科學類一等獎。
鑒定結果
- 查新報告表明關于擬南芥G蛋白信號轉導調節(jié)蛋白（AtRGS1蛋白）的亞細胞定位與表達的研究和關于AtRGS1、N端、C端結構域定位的研究，在國內外公開發(fā)表的文獻中，未見有相同報道。
參考文獻
- 1.Chal FM, Tu Y, Euskirchen G (1994) Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science 263:802-805； 2.Chen JG, Willard FS, Huang J, Liang J, Chasses SA, Jones AM, Siderovski DP (2003) A seven-transmembrane RGS protein that modulates plant cell proliferation. Science 301:1728-1731； 3.Chen Y, Ji F, Xie H, Liang J, Zhang J (2006) The regulator of G-protein signaling proteins involved in sugar and abscisic acid signaling in Arabidopsis seed germination. Plant Physiology 140:302-310； 4.Chen Y, Ji F, Xie H, Liang J (2006) Overexpression of the regulator of G-protein signaling protein enhances ABA-mediated inhibition of root elongation and drought tolerance in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany 57:2101-2110； 5.Dulin NO, Pratt P, Tiruppathi C, Niu J, Voyno-Yasenetskaya T, Dunn MJ (2000) Regulator of G Protein Signaling RGS3T Is Localized to the Nucleus and Induces Apoptosis. Journal of Biological Chemistry 275(28):21317-21323。
同類課題研究水平概述
- G蛋白介導的細胞信號轉導是真核生物細胞信號轉導機制中最為保守的信號轉導機制之一，其介導的信號轉導持續(xù)時間的長短取決于Gα-GTP的壽命。20世紀90年代，Siderovsiki等三個實驗室在酵母等真核生物細胞中發(fā)現了G蛋白信號轉導調節(jié)蛋白（RGS），該蛋白顯著促進Gα的GTP水解酶活性，終止G蛋白介導的信號轉導過程。在酵母和動物細胞里, RGS和GPCR是兩個功能相反的分子。但擬南芥的RGS1很有趣，Chen等首次報道在擬南芥中鑒定到AtRGS1，它的N-端是一個類似于GPCR的7次跨膜結構域，C端是一個RGS結構域，遺傳分析顯示RGS1在植物體內剛好與激活態(tài)的GPA1的作用相反。RGS1也參與了細胞分裂和糖信號的響應，但對AtRGS1蛋白在G蛋白介導的信號途徑中的作用，以及其它生物學功能還不十分清楚。那么，AtRGS1的整體功能，即它是一個既有GPCR又有RGS雙重功能的蛋白，還是一個受配體調控的RGS蛋白，至今還沒有定論。因此，明確AtRGS1的整體功能顯得十分重要。本課題組首次證明：葡萄糖抑制種子萌發(fā)是通過ABA生物合成的，AtRGS1通過調節(jié)ABA生物合成兩個關鍵酶NCED3和ABA2而調節(jié)ABA生物合成；通過調節(jié)ABA合成和ABA響應基因的表達而調節(jié)植物生長發(fā)育過程，通過表達AtRGS1提高植株對ABA的敏感性，增加了對干旱脅迫的忍耐。說明RGS1在脫落酸和葡萄糖信號途徑及其它途徑中起重要的調節(jié)作用。動物中，RGS通常還含有一個或多個別的結構域，參與了胞內其它信號途徑。擬南芥AtRGS1除了RGS結構域的功能得到驗證以外，它的N端結構域功能和整體功能尚不清楚。Grigiston報道AtRGS1通過其N端結構域與AtGPA1相互作用，可能作為葡萄糖的膜響應元件。在細胞水平，AtRGS1作為一個膜蛋白，定位于細胞膜，但ABA和葡萄糖處理增加了AtRGS1在核區(qū)的表達（Chen et al.,待發(fā)表數據）。那么，感受外界信號的是AtRGS1全蛋白，還是某個結構域？其上下游的效應蛋白有哪些？AtRGS1胞內表達變化與ABA和葡萄糖信號傳遞有何聯系？蛋白質的“區(qū)域化分布”和“定位控制”是蛋白質行使其功能的重要方面，本文旨在闡明AtRGS1的胞內分布，及ABA和葡萄糖對AtRGS1定位的影響，為深入研究AtRGS1蛋白的作用機理提供理論基礎。
