《PNAS》：北大、中大在中草药和植物光调节领域取得新进展

2018年6月11日，北京大学合成与功能生物分子中心王初研究组在PNAS上发表了题为“Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis”的文章，该文章报道了黄芩苷可以显著改善与肝脂肪变性有关的症状并减少饮食诱导的肥胖症（DIO），为DIO和相关后遗症的药理治疗开辟了新的机遇。中山大学生命科学学院王宏斌研究组在PNAS上发表了题为“LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1 is required for light-regulated photosystem II biogenesis in Arabidopsis”的文章，该文章阐明低光合效率在拟南芥光调节系统II生物发生中是必需的，这一发现增强了人们对光调节D1合成机制的理解，为高等植物中PSII的生物发生和高效光合作用的功能维持提供了重要的见解。

1. Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis

黄芩苷是草药黄芩中的一种主要类黄酮成分，已被证明具有抗血管效果。通过定量化学蛋白质组学分析，我们发现黄芩苷作为肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）的天然变构激活剂，其是脂肪酸β-氧化的限速酶（FAO）。通过直接与CPT1结合并激活其活性以加速脂肪酸降解，黄芩苷可以显著改善与肝脂肪变性有关的症状并减少饮食诱导的肥胖症（DIO）。我们的研究提供了CPT1天然产物激动剂的例子。这些结果为黄芩苷在减少脂质积累中的生物活性的机械学见解提供了解释，并为开发用于药理学治疗DIO和相关代谢紊乱的以类黄酮为主的FAO激活剂提供了令人兴奋的条件。

肥胖症和相关的代谢疾病正在成为世界范围内的流行病，导致死亡率上升和医疗保健成本高涨。尚未发现有效的治疗方案。在此基础上，我们观察到黄芩黄酮类化合物具有独特的抗脂肪活性，我们进行了定量化学蛋白质组分析并鉴定了作为黄芩苷关键靶标的肉毒碱棕榈酰转移酶1（CPT1），其是用于脂肪酸氧化的控制酶。类黄酮直接激活具有相同选择性的肝脏CPT1以加速脂质流入线粒体进行氧化。慢性黄芩苷治疗改善了饮食诱导的肥胖症（DIO）和肝脂肪变性，并促使其他代谢紊乱的全身性改善。黄芩苷在CPT1上的预测结合位点的破坏完全消除了类黄酮的有益作用。我们发现黄芩苷作为变构CPT1激活剂为DIO和相关后遗症的药理治疗开辟了新的机遇。

原文：Chemoproteomics reveals baicalin activates hepatic CPT1 to ameliorate diet-induced obesity and hepatic steatosis

DOI号：10.1073/pnas.1801745115

2. LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1 is required for light-regulated photosystem II biogenesis in Arabidopsis

光系统II（PSII）反应中心蛋白D1由叶绿体基因psbA编码，对于PSII的生物发生和功能维持至关重要。 D1蛋白在不同的光照条件下具有高度的动态性，因此需要有效的合成，但机制仍然知之甚少。我们发现拟南芥LPE1通过基于氧化还原的机制以光依赖性方式直接结合到psbA mRNA的5'非翻译区，并且促进HCF173与psbA mRNA结合以调节D1翻译。这些发现填补了我们对高等植物中光调节D1合成机制认识的一个重大差距，并且暗示高等植物和原始光合生物共享保守机制，但使用不同的调节子来调节PSII亚基的生物发生。

光合系统II（PSII）是光合电子传递链的一个多亚基蛋白复合体，起着水质醌氧化还原酶的作用，对开始光合作用和电子传递至关重要。尽管PSII的结构，组成和功能已被很好地理解，但是PSII生物发生的机制仍然很难实现。在这里，我们在拟南芥中鉴定了核编码的五价肽重复（PPR）蛋白低光合效率1（LPE1;由At3g46610编码），其在PSII生物发生中起关键作用。 LPE1专门针对叶绿体，并直接与编码PSII反应中心蛋白D1的psbA mRNA的5'非翻译区结合。 LPE1的丢失导致psbA mRNA上的核糖体加载效率较低并且D1蛋白质中的合成缺陷很大。我们进一步发现LPE1与已知的psbA mRNA翻译高度叶绿素荧光173（HCF173）调节剂相互作用并促进HCF173与psbA mRNA的结合。更有趣的是，我们的结果表明，LPE1通过基于氧化还原的机制以光依赖性方式与psbA mRNA相关联。这项研究增强了我们对光调节D1合成机制的理解，为高等植物中PSII的生物发生和高效光合作用的功能维持提供了重要的见解。

LPE1中的突变降低PSII活性。 （A）4周龄野生型（Col-0），lpe1-1，lpe1-2和lpe1-3植物中LPE1转录的定量实时RT-PCR分析。 （B）表示4周龄野生型（Col-0），lpe1-1，lpe1-2和lpe1-3植物的Fv / Fm的图像和假彩色图像。 假彩色图像的范围从黑色（0）到红色，橙色，黄色，绿色，蓝色和紫色到紫色（1）。 （C）在4周龄野生型（Col-0），lpe1-1，lpe1-2和lpe1-3植物中的光响应曲线ΦPSII，ETR和1-qP。 测量在0,81,145,186,281,335,461,701和926μmolphotons·m-2·s-1的光强度下进行。 在所有实验中进行了六次生物学重复，并且获得了类似的结果。

分析野生型植物和lpe1突变体中的PSII生物发生。 （A）代表性未染色的BN-PAGE凝胶。用2％DM溶解来自野生型（Col-0）和lpe1突变植物的类囊体膜并使用天然PAGE分离。含有等量叶绿素（10μg）的样品装入每个泳道。 I：PSII-LHCII; II：PSII二聚体; III：PSII核心单体; IV：PSII核心单体减去CP43; V：LHCII三聚体;六：未组装的蛋白质。 （B）用考马斯亮蓝染色的代表性BN-PAGE凝胶（CBB）。 （C）使用抗D1抗血清探测BN-PAGE凝胶的免疫印迹的代表性实例;每条泳道加载1.5μg叶绿素。 （D）使用抗CP43抗血清探测BN-PAGE凝胶的免疫印迹的代表性实例;每条泳道加载1.5μg叶绿素。所有实验涉及三个独立的生物学重复，这产生了类似的结果。 （E）使用15％SDS-尿素-PAGE分离来自野生型（Col-0）和lpe1突变植物的类囊体膜蛋白。将凝胶电印迹到PVDF膜上并用针对特定类囊体膜蛋白的抗血清进行探测。样品在相同的叶绿素基础上上样。 ATP酶，ATP合酶复合物; ATPB，ATP合酶复合物的β亚基; Cytb6 / f，细胞色素b6 / f复合物; LHC，采光复合体。从四个独立的生物学重复获得了类似的结果。

原文：LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1 is required for light-regulated photosystem II biogenesis in Arabidopsis

DOI号：10.1073/pnas.1807364115