每日摘要:植物鈣離子通道活性調控機制(Developmental Cell)

2021-02-13 植物類SCI摘要

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Dynamic Interactions of Plant CNGC Subunits and Calmodulins Drive Oscillatory Ca2+ Channel Activities

First author: Yajun Pan; Affiliations: Capital Normal University (首都師範大學): Beijing, China

Corresponding author: Legong Li

Calcium is a universal signal in all eukaryotes, but the mechanism for encoding calcium signatures remains largely unknown. Calcium oscillations control pollen tube growth and fertilization in flowering plants, serving as a model for dissecting the molecular machines that mediate calcium fluctuations. We report that pollen-tube-specific cyclic nucleotide-gated channels (CNGC18, CNGC8, and CNGC7) together with calmodulin 2 (CaM2) constitute a molecular switch that either opens or closes the calcium channel depending on cellular calcium levels. Under low calcium, calcium-free calmodulin 2 (Apo-CaM2) interacts with CNGC18-CNGC8 complex, leading to activation of the influx channel and consequently increasing cytosolic calcium levels. Calcium-bound CaM2 dissociates from CNGC18/8 heterotetramer, closing the channel and initiating a downturn of cellular calcium levels. We further reconstituted the calcium oscillator in HEK293 cells, supporting the model that Ca2+-CaM-dependent regulation of CNGC channel activity provides an auto-regulatory feedback mechanism for calcium oscillations during pollen tube growth.

鈣是所有真核生物都具有的信號，但編碼鈣信號的分子機制在很大程度上都處於未知狀態。在開花植物中鈣振蕩控制花粉管的生長和植物受精作用，這是解析鈣波動分子調控機制的模式系統。作者在本文報導了花粉管特異性環核苷酸門控通道CNGC18、CNGC8和CNGC7與鈣調蛋白CaM2一起構成了一個分子開關，依賴於細胞內的鈣水平控制該通道的開啟或閉合。在低鈣水平的情況下，不曾結合鈣離子的CaM2（Apo-CaM2）與CNGC18-CNGC8複合物互作，激活鈣離子流入通道，進而提高胞質的的鈣離子水平。結合鈣離子的CaM2會和CNGC18/8異源四聚體分開，從而關閉通道，細胞鈣水平開始降低。作者進一步在HEK293細胞中重構了鈣振蕩，結果證明依賴於Ca2+-CaM的CNGC通道活性調控為花粉管生長過程中的鈣振蕩提供了一個自動調控反饋機制。

通訊：李樂攻 (http://smkxxy.cnu.edu.cn/szll/zrjs/tpjs/4065.htm)

個人簡介：1996年，華東師範大學生物系及中國科學院上海植物生理研究所，博士。

研究方向：逆境或生理反應引起的細胞離子脈衝信號的編碼與解碼；未知功能膜蛋白家族的篩選和功能解析；細胞有害或有益物質吸收與轉運的分子機理。

doi: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.12.025

Journal: Developmental Cell

Published date: January 31, 2019

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