Şangay araştırmacıları bitki mavi ışık reseptörü CRY fotoaktivasyonunun moleküler mekanizmasını ortaya koyuyor
11 Mayıs'ta Nat Struct ve Mol Biol, Zhang Peng'in araştırma grubu ve Liu Hongtao'nun Çin Bilimler Akademisi, Moleküler Bitki Bilimi Mükemmeliyet Merkezi'nin "Bitki kriptokromlarının oligomerik yapıları" başlıklı araştırma grubunun ortak araştırma sonuçlarını çevrimiçi olarak yayınladı. Araştırma çalışması, mısır ve Arabidopsis'teki mavi ışık reseptörü CRY proteininin PHR alanının aktive edildiği oligomerlerin üç boyutlu yapısını bildirdi ve bitkilerde mavi ışık reseptörü CRY'nin ışık aktivasyonunun moleküler mekanizmasını ortaya çıkardı.
Cryptochrome CRY, çeşitli biyolojik işlevlere sahip, evrimsel olarak korunmuş bir flavoprotein sınıfıdır. Hayvanlarda CRY, sirkadiyen ritmi düzenleme işlevi görür. Bitkilerde CRY, hipokotil uzaması ve çiçeklenme başlangıcı dahil olmak üzere bitki büyümesinin ve gelişiminin birçok yönünü düzenler. CRY proteini, evrimsel olarak korunmuş bir N-terminal fotolizaz homolojisi PHR alanından ve bir değişken uzunluklu C-terminal CCT alanından oluşur. PHR alanı, kromofor FAD'ye bağlanır, mavi ışığı emerek aktive olur ve ardından ışık sinyallerini iletmek için aşağı akış proteinleriyle etkileşime girer. Bununla birlikte, bitki CRY proteinlerinin mavi ışıkla nasıl aktive edildiğine ve nihayetinde aşağı akış proteinleriyle etkileşime yol açtığına dair temel bilimsel soru çözülmeden kaldı.
Araştırmacılar, bitki CRY proteinlerinin fotoaktivasyon sürecini in vitro olarak yeniden yapılandırarak, çeşitli bitkilerden türetilmiş CRY proteinlerini rekombinant olarak ifade etmek için böcek hücresi ifade sistemini kullandılar. Ayrıca, tek parçacıklı kriyo-elektron mikroskobu ve X-ışını kristalografi yöntemleri kullanılarak, Arabidopsis'in fizyolojik durumu, aktif mutant AtCRY2W374A proteini ve mısır ZmCRY1cW368A (ve ZmCRY1a) proteininin N-terminal PHR alanının dimer ve tetramer yapısından oluşur. (CRY-PHR). Yapısal bulgulara dayanarak, araştırmacılar in vitro biyokimyasal analizler ve in vivo fizyolojik deneyler gerçekleştirdiler, bu da homodimerlerin bitki CRY'nin aktif formu olduğunu ve tetramerlerin dimerlerin daha fazla dimerizasyonu ile oluşturulduğunu doğruladı. Araştırmacılar, CRY aktivasyonu sırasındaki konformasyonel değişiklikleri açıklamak için elde edilen aktive CRY-PHR yapısını daha önce bildirilen aktive edilmemiş yapı ile karşılaştırdılar. Son olarak, araştırmacılar, bitki fotoreseptör CRY aracılı ışık sinyali iletiminin esas olarak üç moleküler süreci içerdiği sonucuna varmışlardır: mavi ışığın neden olduğu ışık azaltma, aktif dimerler oluşturmak için konformasyonel değişiklikler ve ışık sinyallerini iletmek için aşağı akış proteinlerini bağlama. Yukarıdaki üç süreci veya düzenleyici proteinleri etkileyen herhangi bir mutasyon (BIC gibi, dimer oluşumunu engelleyebilir, bu spekülasyon aynı anda yayınlanan başka bir araştırma makalesi tarafından doğrulanmıştır) bitki ışık sinyallerinin iletim sürecini etkileyecektir. Diziye dayalı hizalama sonuçlarının, bu mekanizmanın muhtemelen sadece bitkilerde yaygın olduğunu gösterdiğini belirtmek gerekir. Bu araştırma sadece bitki fotoreseptör CRY'nin fotoaktivasyonunun moleküler mekanizmasını ortaya çıkarmakla kalmaz, aynı zamanda CRY'nin optogenetik alanında ışık kontrollü bir anahtar olarak tasarımı ve uygulaması için önemli bir moleküler temel oluşturur. Nat Struct ve Mol Biol, UCLA'dan Profesör Lin Chentao'nun bu çalışma hakkında bir Görüşler ve Haberler makalesi yayınladı (makale bağlantısı: https://www.nature.com/articles/s41594-020-0432-6).
Bitki mavi ışık reseptörünün üç boyutlu yapısı CRY-PHR aktifleştirilmiş durum dimer (a) ve ışık sinyal iletiminin moleküler süreci (b)
Liu Hongtao'nun araştırma grubundan Dr. Shao Kai, Zhang Xue ve Dr. Li Xu, bu çalışmanın ortak ilk yazarlarıdır ve araştırmacı Zhang Peng ve araştırmacı Liu Hongtao, makalenin ortak yazarlarıdır. Bu çalışma, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Bilimler Akademisi'nin Moleküler Bitki Pilot B Projesi, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Şangay Bilim ve Teknoloji Komisyonu tarafından ortaklaşa finanse edildi. Kriyo-elektron mikroskobu veri toplama ve numune analizi, Tsinghua Üniversitesi, Ulusal Protein Merkezi (Şangay) ve Zhejiang Üniversitesi'nin kriyo-elektron mikroskobu platformu tarafından desteklenmiştir. Kristal kırınım veri toplama, Şangay Senkrotron Radyasyon Işık Kaynağı BL19U1 hat istasyonu ve Çin Bilimler Akademisi Moleküler Bitki Mükemmelliği Merkezi'nin kamu teknik hizmetleri tarafından sağlanmıştır. Merkezden destek ve yardım.
Liu Hongtao Araştırmacı
Zhang Peng Araştırmacı
Kaynak: Moleküler Bitkilerde Mükemmellik Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
