柴继杰合作再发Nature，至今已发表28篇Science/Nature/Cell！|介导|柴继杰|活性|细胞|结构域|蛋白

具有N端Toll/白细胞介素-1受体(TIR)结构域的植物核苷酸结合富亮氨酸重复序列(NLR)免疫受体介导菌株特异性病原体效应物的识别，通常通过其C端配体感应结构域。效应物结合使TIR- NLR (TNL)介导的免疫所需的TIR编码酶活性得以实现。许多截断的TNL蛋白缺乏效应感应结构域，但保留类似的酶和免疫活性。这些TIR结构域蛋白激活的机制尚不清楚。

2024年3月13日，中国农业大学，西湖大学，清华大学等多单位合作，柴继杰及Paul Schulze-Lefert共同通讯（宋文及刘莉为共同第一作者）在Nature在线发表题为“Substrate-induced condensation activates plant TIR domain proteins”的研究论文，该研究证明了TIR底物NAD+和ATP的结合诱导了体外TIR结构域蛋白的相分离。

在植物中，通过原生启动子表达的TIR结构域蛋白也发生了类似的缩合反应。TIR缩合物的形成是由保守的自缔合界面和预测的TIR的内在无序环区介导的。破坏TIR凝聚体的突变损害了TIR结构域蛋白的细胞死亡活性。该研究揭示了相分离是TIR结构域蛋白激活的一种机制，并为底物诱导的TIR信号自主激活赋予植物免疫提供了见解。

另外，2024年2月15日，清华大学/西湖大学柴继杰及南京农业大学王源超共同通讯在Science在线发表题为“A plant mechanism of hijacking pathogen virulence factors to trigger innate immunity”的研究论文，本研究表明Phaseolus vulgarisPGIP2 (PvPGIP2)与Fusarium phyllophilumpolygalacturonase (FpPG)的相互作用增强了底物结合，从而抑制了FpPG酶的活性。这种相互作用促进了FpPG催化的长链免疫活性低聚半乳糖醛酸酯的产生，同时减少了免疫抑制短链低聚半乳糖醛酸酯。PvPGIP2结合在PvPGIP2-FpPG上产生一个底物结合位点，形成一种新的聚半乳糖醛酸酶，其底物结合活性增强，底物偏好改变。基于结构的工程将最初缺乏FpPG结合活性的推定PGIP转化为有效的FpPG相互作用蛋白。这些发现揭示了植物将病原体毒力活性转化为防御触发器的机制，并为更广泛特异性的PGIPs工程提供了原理证明（点击阅读）。

植物先天免疫系统对非自体分子的感知主要是由两种类型的免疫受体介导的。一类是细胞膜定位模式识别受体(PRRs)。PRRs感知微生物的特征，这些特征通常在细胞外空间广泛相关的分类群中保守，从而引发基础免疫，也称为模式触发免疫 (PTI)。第二种类型是细胞内NLR受体，其检测植物细胞内的微生物效应物，以授予效应物触发和病原体菌株特异性免疫(ETI)。ETI的激活导致病原体生长的终止，并且通常在病原体企图入侵的部位引起局部的、超敏感的宿主细胞死亡反应。

在拟南芥中，越来越多的证据支持PTI和ETI之间的串扰，从而增强免疫反应。根据N端结构域的不同，病原检测NLRs主要分为两类:卷绕NLRs (CNLs)和TNLs。在识别病原体效应物后，CNLs形成抵抗体(病原体激活的NLR低聚物)，可以作为Ca2+渗透通道。相比之下，与TNL的C端结构域结合的效应物诱导四聚体TNL抵抗体的形成，使其TIR编码的NADase活性增强。TNL抵抗体具有额外的ADP核糖基化活性。

TIRs的NADase和核糖基转移酶活性催化小分子的产生，这些小分子结合并变速激活脂酶样蛋白增强疾病易感性1 (EDS1)及其直接伙伴植物alexin缺陷4 (PAD4)或衰老相关基因101 (SAG101)的二聚体。一旦被激活，EDS1-PAD4和EDS1-SAG101二聚体分别与下游CNL型辅助NLR、活化的抗病力1 (ADR1)和N需求基因1 (NRG1)直接相互作用，这可能激活它们的Ca2+可渗透通道活性，介导抗病力和细胞死亡。

植物NLR抗病蛋白和TIR结构域抗病蛋白激活免疫反应的信号通路（图源自Nature）

除了典型的TNL外，植物基因组还编码了许多缺少C端效应感应结构域的截断TNL。特别是，单子叶植物只有TIR蛋白，而没有TNLs21。这类TIR结构域蛋白在本生烟(Nicotianabenthamiana)中的瞬时基因表达足以触发NADase依赖性细胞死亡，这表明TNL和TIR共享保守的信号通路。除了ETI, TIR信号也在PTI和非生物应激反应中发挥作用。PTI激发子诱导TIR信号的激活，进而促进PTI应答，而病原体效应物结合则需要刺激TNLs的酶活性。TIR域缺乏配体感应结构域的蛋白质通常在对病原体刺激的反应中被转录诱导，即使在没有病原体效应物的情况下也会被酶激活。TIR激活的潜在机制在很大程度上仍然未知。

该研究提供的证据表明，植物TIR结构域蛋白在离体和植物体内形成底物诱导凝聚物。缩合的破坏损害NADase和细胞死亡活性的TIR结构域蛋白。该结果揭示了通过相分离支持TIR结构域蛋白激活的机制，并为底物诱导的TIR信号的自主激活提供了见解。

最后，iNature统计了柴继杰团队合作/署名的发表Science，Nature及Cell文章，共计发表28篇，列表如下：