上海光源用戶解析出BRI1受體與配體BL複合物的晶體結構

 

a. BRI1與BL（黃色顯示）複合物結構圖　　 　b. BRI1識別BL詳細結構圖　　

6月12日，清華大學生命學院柴繼傑研究組在《自然》雜誌發表了題為Structural insight into brassinosteroid perception by BRI1的研究論文。報導了BRI1（油菜素內酯受體）識別BL（油菜素內酯）的晶體結構，結合生化實驗提出了BRI1活化的可能機制。

油菜素內酯是一種天然植物激素。它能充分激發植物內在潛能，促進作物生長和增加作物產量，提高作物的抗病、抗鹽和抗凍能力，使作物的抗逆性增強，減輕除草劑對作物的藥害。近年來人們對其作用及信號轉導通路進行了大量研究，獲得了許多有意義的成果，重要的一點就是發現BRI1是BR的細胞膜受體，但是對於BRI1如何識別BL以及BRI1受體識別BL後是如何活化的機制一直不清楚。

利用在上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U）採集的晶體X光衍射數據，柴繼傑實驗室解析了BRI1胞外區單獨及其與BL複合後的兩種結構，兩者在同步輻射分別收到2.53埃和2.32埃的數據。研究人員利用分子置換法解出了蛋白結構。結構清晰地顯示，BRI1的胞外部分包括一個N端帽結構域、25個亮氨酸基序、一個C端帽結構域及位於21與22基序之間的島狀結構域。25個亮氨酸基序串聯在一起形成一個高度彎曲的螺旋管狀結構，圍繞中心軸旋轉了360度。

另一顯著的特點是在螺旋管的內側有一個島狀結構域。晶體結構顯示，島狀結構域與臨近的亮氨酸基序骨架共同構成一個可以容納配體的小坑，受體與配體形成了很好的形狀與電荷互補，BRI1蛋白與BL識別的作用力主要由疏水相互作用構成，這也可以解釋為什麼受體可以結合許多結構不同的油菜素內脂化合物。複合物的晶體結構也提示，油菜素內脂的七元B環上的六位酮基氧和23位的羥基對於配體的選擇性是需要的。這些結構信息也有助於設計新的非油菜素內脂小分子，以達到根據需求控制植物的性狀來滿足人類的需要。同時，結合BL後BRI1的兩段肽段發生了明顯的構像變化，這些現象結合生化實驗結果為BRI1受體結合BL後如何活化提供了線索。

在模式生物擬南芥中至少含有200多個富含亮氨酸重複的受體激酶（在水稻中大約有600多個），這類LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過程：調控分生組織的生長、抗病性、激素信號傳遞、組織發育等。該研究小組解析的結構也為研究這一類蛋白提供了很好的範例。

在結構解析的過程中得到了清華大學生命學院楊茂君教授和王佳偉副教授的大力幫助。上海光源生物大分子晶體學線站（BL17U）的優異性能，為高分辨衍射數據的採集提供了關鍵的保障，對結構的順利解析起到了重要作用。