清華院士《CellResearch》發表新成果

　　2014年10月21日，清華大學、復旦大學和華中農業大學等處的研究人員在國際學術期刊《Cell Research》以“Structural insights into the negative regulation of BRI1 signaling by BRI1-interacting protein BKI1”為題發表了一項最新研究成果，研究人員提供了明確的生化證據表明，BAK1在BRI1激活的早期事件中起著至關重要的作用，BKI1可競爭性地抑制BAK1和BRI1細胞溶質結構域上的轉磷酸化作用。這些結果不僅揭示了由BRI1識別的BKI1的根本結構基礎，也對油菜素類固醇誘導的BRI1激活的啟動機制，提供了深刻的見解。

　　本研究通訊作者是清華大學生命科學學院王志新院士，其早年畢業于清華大學化學與化學工程系，1988年在中科院生物物理研究所獲博士學位。1989年至1991年在美國康奈爾大學化學系從事博士后研究。曾任中科院生物物理所副所長、所長，1997年當選為中科院院士，2003年至今為清華大學生命科學學院教授。主要研究蛋白質物理化學、酶活性調節動力學、蛋白-配體相互作用、蛋白質結構預測。在SCI收錄的期刊發表論文70篇。他取得的重要研究成果，有創造性地將統計力學應用于酶學研究，所有非解-聚合的別構酶模型給出了統一的理論框架；系統地研究了酶的抑制、激活作用機制及動力學等。

　　通過細胞表面受體的信號感知，以及這一信號到細胞內部的轉導，對于所有的生命形式都必不可少。在植物中，一個這樣的大家族受體是富含亮氨酸重復序列受體樣激酶（LRR-RLKs），在擬南芥中有超過220個成員，在水稻中有大約400個成員。每一個LRR-RLK都含有富亮氨酸重復胞外結構域——通常可結合配體（一個單一的跨膜螺旋），和啟動細胞內信號轉導的細胞質激酶結構域。

　　兩個已經得到充分研究的LRR-RLKs是brassinosteroid-insensitive 1 (BRI1)——brassinosteroid (BR)受體，和作為BRI1 激活共同受體的BRI1-associated kinase 1 (BAK1)。BRs是植物特有的類固醇，在各種發育和生理過程中發揮重要的作用，如莖伸長、葉發育、導管分化、雄性育性、開花時間、老化、氣孔發育、對生物和非生物脅迫的抗性。

　　BRI1或BR生物合成或信號通路其他組件的突變，會導致嚴重的生長異常，包括矮化、雄性不育、延遲開花、頂端優勢減弱和黑暗中的光形態發生。相反，BR含量增加或BR信號增強，可以提高纖維素的生物合成、生物量的積累和植物生長。

　　BR信號是由BR與細胞表面受體激酶（BRI1）的結合而啟動的。如果沒有BRs，BRI1 KD（激酶結構域）通過其自動抑制羥基端并與抑制蛋白BKI1相互作用，被保持在一種基底狀態。BR與BRI1的胞外結構域，可引起BRI1 KD的自身磷酸化、BRI1末端自動抑制作用的釋放、BKI1磷酸化作用及其與質膜的解離，從而導致BRI1和BAK1復合物的形成。

　　BRI1和BAK1的KDs可在多個位點彼此發生轉磷酸化作用，以形成完全激活的受體。激活的BRI1能夠使多個受體樣胞質激酶磷酸化，包括BR信號轉導激酶（BSKs）和constitutive differential growth 1，它們可相互作用并可能激活bri1-抑制因子1磷酸酶轉換BRI1的下游BR信號。BSK家族包括12個成員（BSK1-12），在BR信號中發揮冗余的作用。

　　雖然在過去的十年里BR信號激活已被廣泛研究，但是我們理解的一個主要差距在于，調節BR誘導的BRI1/BAK1關聯和相互磷酸化的早期分子事件。BR如何與BRI1結合，從而導致BRI1 KD的局部激活或自身磷酸化，仍不清楚。

　　在這項研究中，研究人員報道了具有BKI1來源BRI1-互動模體（motif）的復合物中的BRI1 KD的晶體結構。研究人員還提供了明確的生化證據表明，BAK1在BRI1激活的早期事件中起著至關重要的作用，BKI1可競爭性地抑制BAK1和 BRI1細胞溶質結構域上的轉磷酸化作用。

　　研究還指出，類固醇誘導的BRI1和BAK1胞外域的異源二聚化，可將它們的細胞質KDs帶到正確的方向，以與BKI1和轉磷酸作用競爭。這些結果不僅揭示了由BRI1識別的BKI1的根本結構基礎，也對油菜素類固醇誘導的BRI1激活的啟動機制，提供了深刻的見解。