KA120功能的发挥部分通过限制SNC1蛋白的核活性实现
2021年6月18日，Molecular Plant在线发表了加州大学伯克利分校植物学与微生物学系/创新基因组学研究所谷阳楠教授课题组完成的题为“A karyopherin constrains nuclear activity of the NLR protein SNC1 and is essential to prevent autoimmunity in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现了一种核转运受体KA120，它对于植物中NLR介导的免疫激活抑制至关重要，而且揭示了KA120功能的发挥部分是通过限制TIR-NLR类SNC1蛋白的核活性实现的。
研究背景
核苷酸结合位点富含亮氨酸重复序列（NLR）蛋白是动植物中广泛存在的一大类胞内免疫受体蛋白，通过识别病原菌特定的效应蛋白来激活免疫反应和和细胞死亡。植物NLRs根据其N端结构域的不同进一步分为两个主要的亚类，即Toll样受体/白细胞介素-1受体（TIR）结构域包含NLR（TNL）和螺旋卷曲结构域包含NLR（CNL）。一些NLR活性，特别是TIR类型NLR活性，与它们的核质分布高度相关。然而，对于NLRs的核质内稳态是否以及如何被双向核穿梭机制进行协调的还尚不清楚。
主要结果
1.KA120缺失诱发自免疫突变表型
前期该课题组已报道了核输出蛋白XPO4负调控cpr5依赖的免疫激活[1]。为系统研究核转运受体在植物免疫反应中的调控功能，通过T-DNA插入突变体筛选发现核转运受体KA120基因突变株系ka120-1和ka120-2出现类似于组成性免疫激活表型，显示植株矮小、叶片卷曲、晚花以及种子产量降低，而KA120过表达能完全恢复这些突变表型。为确认KA120功能缺失激活的免疫响应，RT-PCR结果显示ka120-1突变体中多个防御标志基因表达上调，对白粉病菌的抗性增强（图1）。表明KA120功能缺失导致自免疫诱导的发生，KA120是植物免疫反应的关键负调控因子。
图1. KA120是免疫诱导的关键负调控因子
2.ka120突变体中的SNC1在蛋白质水平上发生自激活
全基因转录组图谱分析显示，防御和细胞死亡相关基因的表达在ka120中显著上调，且NLR激活的转录组重编程至少部分被激活。利用人工合成microRNA（amiRNA）库来系统干扰ka120-1突变体中NLRs基因的表达，结合进一步突变分析发现，ka120-1中TNL SNC1的突变明显抑制了ka120-1的生长发育迟缓表型，表明SNC1在ka120依赖的免疫诱导中起关键作用。
为解析ka120突变体中SNC1依赖的自免疫诱导机制，检测分析发现ka120体内SNC1的激活并不是由SNC1转录上调引起的。而功能缺失的snc1突变以及SNC1蛋白活性受损均能显著但非完全抑制ka120诱导的自免疫激活（图2）。以上表明在KA120缺失情况下，SNC1活性的增强发生在蛋白水平上，有助于ka120自身免疫的诱导。KA120过表达能有效抑制SNC1活性，并几乎完全抑制了功能获得性突变体snc1-1和SNC1过表达引起的自免疫表型，说明KA120是SNC1活性抑制的关键因子。
图2. KA120缺失条件下SNC1的激活
3.KA120特异性改变SNC1的核质分布
推测核转运蛋白KA120可能通过影响SNC1或直接调控SNC1活性蛋白的核质分布，进而影响SNC1活性。共表达后的荧光观察结果显示，当KA120组成型表达时，SNC1的核质分布发生改变，核信号显著降低，且KA120对SNC1核内分布的影响具有特异性。SNC1核分布的降低减缓了ka120突变体表型，表明SNC1的核活性和自激活功能至少部分是通过协调其核质分布实现的（图3）。
图3. KA120特异性影响SNC1的核质分布和活性
小结
该研究表明，在无病原体入侵情况下，核转运蛋白KA120对于避免自免疫的激活是必不可少的。并且可能作为一种潜在机制，通过协调SNC1的核质稳态来限制其核活性，进而发挥免疫调控功能。
