兩獲諾貝爾獎的阮病毒樣蛋白的新作用：充當溫度感應蛋白

來源： iNature

溫度控制著植物的生長和發育，而氣候變化已經改變了野生植物和農作物的表型。但是，植物感測溫度的機制尚不清楚。

2020年8月26日，英國劍橋大學Philip A. Wigge團隊在Nature 在線發表題為「A prion-like domain in ELF3 functions as a thermosensor in Arabidopsis」的研究論文，該研究發現來自較熱氣候的植物中的ELF3蛋白，沒有可檢測的PrD，在高溫下具有活性，並且缺乏熱響應性。ELF3的溫度敏感性也受ELF4的水平調節，表明ELF4可以穩定ELF3的功能。

在擬南芥中，與綠色螢光蛋白融合的ELF3以較高的溫度在數分鐘內以PrD依賴的方式形成斑點。響應於體外溫度升高，包含ELF3 PrD的純化片段可逆地形成液滴，表明這些特性反映了PrD賦予的直接生物物理響應。溫度通過相變使ELF3在活動狀態和非活動狀態之間快速轉換的能力代表了以前未知的熱敏機制。

溫度控制著植物的生長和發育，而氣候變化已經改變了野生植物和農作物的表型。但是，植物感測溫度的機制尚不清楚。夜間複合物是植物信號鐘的主要信號樞紐和核心組件。夜間複合物起著溫度反應性轉錄抑制物的作用，通過未知的機制為生長提供節奏性和溫度反應性。

夜間複合物由早期花粉3（ELF3）組成，它是一種大型支架蛋白，是溫度感應的關鍵組成部分；ELF4，一種小的α螺旋蛋白和LUX ARRYTHMO（LUX），一種將夜間複合物募集到轉錄靶標所需的DNA結合蛋白。 ELF3包含一個聚穀氨醯胺（polyQ）重複序列，嵌入在預測的朊病毒結構域（PrD）中。

1957年，美國科學家蓋杜謝克（Daniel Gajdusek，1923－2008年）在巴布紐幾內亞東部高地發現一個土著部落Fore族，Fore族有很多人得了一種被稱為庫魯病的怪病，潛伏期較長，前期患者僅感頭痛及關節疼痛，繼之出現共濟失調、震顫、不自主運動，後者包括舞蹈症、肌陣攣等，在病程晚期出現進行性加重的痴呆，神經異常。患者多在發病3～6個月內死亡。

起初，蓋杜謝克以為庫魯病是遺傳病，後來他發現Fore族有食用已故親人臟器習俗，庫魯病其實是一種傳染病，致病源就是後來發現的Prion（朊病毒）。1982年，美國生化學家史坦利·布魯希納（Stanley Prusiner，1942年-）在Science雜誌發表論文，發現並命名了朊病毒Prion。

1991年，史坦利·布魯希納在Science雜誌發表論文，揭示了朊病毒的致病機制，從而闡明了動物瘙癢症以及人類克雅氏病等致病原因。1976年，蓋杜謝克因在庫魯病領域的傑出貢獻獲得諾貝爾生理學或醫學獎。1997年，布魯希納因發現朊病毒及闡述其致病機理而獲得了1997年諾貝爾生理學或醫學獎。

朊病毒（prion）實質是一類具有感染性的特殊蛋白，朊病毒（SC型PrP型蛋白）接觸到了生物體內正常的C型PrP蛋白，導致C型的變成了SC型，通過蛋白變構來批量複製自己。所以，阮病毒依然是由基因編碼的，通過改變正常PrP蛋白的構象來實現自我複製和傳播疾病。

在這裡，該研究發現polyQ重複序列的長度與熱響應性相關。該研究顯示，來自較熱氣候的植物中的ELF3蛋白，沒有可檢測的PrD，在高溫下具有活性，並且缺乏熱響應性。ELF3的溫度敏感性也受ELF4的水平調節，表明ELF4可以穩定ELF3的功能。

在擬南芥和異源系統中，與綠色螢光蛋白融合的ELF3以較高的溫度在數分鐘內以PrD依賴的方式形成斑點。響應於體外溫度升高，包含ELF3 PrD的純化片段可逆地形成液滴，表明這些特性反映了PrD賦予的直接生物物理響應。溫度通過相變使ELF3在活動狀態和非活動狀態之間快速轉換的能力代表了以前未知的熱敏機制。

參考消息：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2644-7