在植物和动物细胞中，运动蛋白质就像繁忙的火车系统中的发动机一样。他们将细胞中的物质从一个位置穿梭到另一个位置。正如通勤列车沿着确定的方向行驶可预测的路线一样，它们的运输量也与需求相称。在高峰时段，更多列车正在运营。午夜时分，每10分钟就有一趟列车没有意义。

在正在生长的植物细胞中，称为驱动蛋白的运动蛋白作为转运蛋白，将构建在细胞的一部分中的材料运送到需要它们的地方。Kinesins沿着称为微管的聚合物轨道行进，以便到达它们的位置。搬运货物会耗费电池的能源和资源，并且这个过程受到严密控制以防止浪费。

现在，圣路易斯华盛顿大学的生物学家已经发现了分子制动器，它可以控制驱动蛋白，直到需要它们的货物。

进口IMB4是一种调节剂，可控制与构建植物细胞壁特别相关的驱动蛋白。艺术与科学生物学副教授Ram Dixit说，它的作用是与驱动蛋白的物理结合。IMB4将驱动蛋白保持在非活性状态 - 保护其免于在等待时降解 - 并防止驱动蛋白沿微管移动直至其需要货物。这项新研究发表在“发育细胞”杂志上。

“细胞壁就像植物的外骨骼一样，构建它是植物生长过程中最重要的功能之一。我们已经确定了一种关键的分子调节因子，通过与驱动蛋白的物理结合来密切控制细胞壁的沉积，”Dixit说。“我们仍然不知道是什么信号导致IMB4释放制动器，但我们现在明白它如何将驱动因素保留回来，直到需要它们为止。”

准备搬运工

刚性细胞壁是植物必不可少且耗能的投资。细胞壁赋予强度并使细胞能够承受生长所必需的膨压。

在拟南芥植物中，细胞壁沉积取决于驱动蛋白-4，称为脆性纤维1或FRA1。FRA1是十多年前确定的，但Dixit实验室2015年的一项研究证实其运动性和丰度与细胞生长速率相关。

该论文的第一作者，博士后研究员Anindya Ganguly对研究团队所看到的内容很感兴趣。在快速生长的幼苗茎细胞中，他们看到许多FRA1驱动蛋白沿着微管移动。但是在细胞不再伸长的茎干下方，运动蛋白质消失了。

“与高峰时段类似，当植物快速生长时，你需要提供大量的细胞壁材料来跟上生长，”Ganguly说。“高效，高容量的运输取决于含有大量的运动蛋白质。我们发现的调节因子在快速生长期间保持了这些转运蛋白的过剩。”

Ganguly和共同作者发现IMB4的输入直接与FRA1驱动蛋白的运动结构域结合。然后，使用突变分析，活细胞内FRA1的显微镜检查和蛋白质生物化学的组合，该团队表明这种相互作用抑制了FRA1的运动。

“这种进口基本上阻碍了电机，驱动器的发动机，”迪克西特说。“你通过禁止与其轨道相关联来抑制移动性。”

“根据我们在这里做的一些分析，我们认为它结合的位点包括在植物和动物的其他驱动蛋白家族中非常保守的氨基酸，”Dixit说。“因此，我们认为这种机制很可能普遍适用。”

扭曲的妹妹

借助IMB4，研究人员现在可以更好地了解细胞壁沉积引擎的机械运作。Dixit实验室本月发布的另一项研究确定了一个监管机构，该监管机构涉及建立驱动因素的支架。

在这项研究中，研究人员检查了一种突变的拟南芥植物，它具有扭曲的生长模式。它的叶子和茎干会自行旋转;它的根源纠缠不清。

这些所谓的螺旋突变体患有未对齐的微管(驱动蛋白在另一项研究中走过的“轨迹”)。在突变体中，切断的蛋白质被认为在它们相互交叉的点处剪断并缩短微管。

但是，当Dixit和博士后研究员袁伟凡和Graham Burkart开始解析螺旋突变体中的细胞内活动时，他们发现了一种更有趣和细微的机制。重要的是，他们发现植物特异性SPR2蛋白调节突变体中微管的负端动力学。

微管具有快速增长和更动态的结束，被识别为“加”端，以及缓慢增长，动态性较低的“减”端。微管从正侧生长和收缩，而负面通常在植物中被认为是静态的 - 直到现在。

值得注意的是，在螺旋2突变体中，与野生型植物相比，负端极其动态并且以更高的速率缩短。

“我们不仅发现这种蛋白质定位于负端，在植物中，并调节负端动力学，但我们能够在体外重现这种行为，”Dixit说。“我们可以说，这种蛋白质和这种蛋白质本身足以定位到负端，跟踪负端，并稳定它们。”

有趣的是，SPR2植物蛋白与哺乳动物蛋白具有一些共同特征，这些蛋白稳定器官和神经元表面组织中微管的负端。

这个独立的微管工作由美国国立卫生研究院资助，并在3月19日出版的Current Biology期刊之前在线发表。

跟踪细胞形状和功能

总之，这项关于运动蛋白和微管调节剂的新研究有助于解释植物细胞的内部运作，这些细胞可以产生它们的形状并使它们能够根据发育和环境信号改变它们的生长。

关于IMB4和FRA1驱动蛋白的工作是Dixit与工程机械生物学中心(CEMB)合作的一部分，CEMB是由华盛顿大学和宾夕法尼亚大学共同领导的国家科学基金会资助的科学和技术中心。在CEMB中，Dixit领导一个研究队列，专注于确定细胞如何适应和改变其机械环境。

“该中心的重点是发现，理解并最终能够控制机械力量对生物系统的重要作用，”Dixit说。

“这个中心独一无二的是它将植物和动物系统结合在一起。以前没有做过，”Dixit说。“我们的想法是，我们将能够发现适用于两个王国的一些普遍原则。”