磷酸盐水平的细胞传感器

无机磷酸盐是细胞膜，DNA和蛋白质的重要组成部分。它也是能量转移的“细胞货币”ATP的主要组成部分。因此，所有细胞都需要在其细胞质中保持足够浓度的磷酸盐，并且已经开发出运输和储存该营养物的系统。但细胞如何知道它实际需要多少磷酸盐呢?

来自日内瓦大学(UNIGE)和瑞士洛桑大学(UNIL)的研究人员报告说，一个特定蛋白质区域，即所谓的SPX结构域，向真菌，植物和人类细胞发出磷酸盐状态的信号。该结构域为小分子提供结合表面，其调节营养物质进入细胞的摄取。他们的研究结果现在出现在“ 科学”杂志上，可能有助于更有效地利用磷酸盐的作物的开发。

为了正常发挥作用，真核细胞，即来自高等生物的细胞，需要保持足够的磷酸盐水平。为了吸收这种常量营养素，真菌，植物和人体细胞已经开发出运输和储存系统。细胞如何知道它们在任何给定时间含有多少磷酸盐仍然不清楚。UNIGE科学系植物学和植物生物学系教授Michael Hothorn和他的研究小组揭示了一种名为SPX的新型蛋白质结构域的晶体结构，该蛋白质结构域涉及许多磷酸盐信号传导途径。他们发现SPX为称为肌醇焦磷酸信号分子(InsP)的小化合物提供了结合表面，只有当它们与SPX结构域结合时才能与其他蛋白质相互作用。由于SPX结构域可以附着在不同的蛋白质上，人体细胞。

无处不在的细胞磷酸盐状态信号

与UNIL和其他欧洲大学的研究人员合作探讨了这一假设。“我们发现InsP的浓度随磷酸盐的有效性而变化。磷酸盐含量充足的细胞中InsP含量高，磷酸盐稀缺时细胞含量下降，”UNIL的Ruta Gerasimaite解释说，UNIL的首批共同作者之一研究。“在磷酸盐饥饿的植物中，特定的转录因子会启动磷酸转运蛋白基因的表达。一旦植物饱满，充满InsP的SPX结构域将结合并使这些转录因子失活，并且不再有磷酸盐从土壤中吸收进入细胞，“来自UNIGE的Rebekka Wild说，他是最早的共同作者之一。

UNIL植物分子生物学系教授Yves Poirier和他的同事Ji-Yul Jung进一步用模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)证明了这一点：当磷酸盐转运蛋白中存在的SPX结构域在通常结合InsP，磷酸盐转运的斑点中发生突变时受损了。

最初在酵母细胞中阐明了InsP的作用：“我们在研究磷酸盐聚合的机理 - 它装配成长链 - 用于储存这种化合物时遇到了InsP，我们的数据显示SPX结构域是InsP的受体。，“UNIL生物化学系教授Andreas Mayer表示。填充SPX结构域后，它会激活磷酸盐储存中的酶。

更好地了解磷酸盐稳态

这项研究现在开辟了研究和更好地了解生物体中磷酸盐稳态的新途径，甚至可以在作物中更有效地使用磷酸盐。“田地上的农作物通常缺乏磷肥，因此需要施肥。但是，磷肥的资源在全球范围内正在下降。我们的发现可以为开发能够在磷酸盐含量较低的情况下有效生长的作物打开大门，”Michael Hothorn说道。

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