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2017年2月5日

中大學者研植物細胞自噬機制取得重大突破成果登《美國科學院院報》

2017年2月5日
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由生命科學學院姜里文教授帶領的研究團隊揭示了ATG9蛋白在植物自噬體膜起源方面的重要作用。 左起:姜秉昊教授、鐘健奔、莊小紅博士、姜里文教授、崔勇博士。

根據斷層掃描電子顯微鏡數據(左圖)重組的3-D 模型(右圖)展示了自噬體小管(綠色)與內質網膜(黃色)直接相連的關係。比例=500nm

由香港中文大學(中大)生命科學學院卓敏生命科學教授姜里文教授帶領的科研團隊,最近在植物細胞自噬機制方面取得突破性進展,首次發現了植物自噬體膜的起源。有關研究可望為提高農業生產的質量提供新思路,研究成果已刊載於著名學術期刊《美國科學院院報》。 

真核細胞具備自噬機制,會將自身的成分降解,回收作其他用途。自噬機制對很多細胞活動非常重要,特別是當細胞面對逆境或遭受病原體感染時,可發揮保護作用。2016年的諾貝爾獎得主大隅良典,就是憑解析細胞自噬作用機制而獲獎。 

在自噬過程中,一種名為自噬體(autophagosome)的細胞器,負責介導細胞內的物質運輸到液泡或溶酶體作降解或重新利用。自噬體具有獨特的雙層膜結構,過去幾十年來,研究細胞自噬機制的科學家們,一直致力於探尋自噬體膜的起源。負責調控自噬機制的蛋白稱為核心自噬蛋白(ATG),植物的基因中包含了大部份的ATG,其中ATG9是唯一一個具備跨膜結構的核心自噬蛋白,因此長久以來被認為是自噬體膜的起源,惟一直未有確實的證據。

過去十六年來,中大姜里文教授的科研團隊一直致力於研究蛋白質傳輸機理及細胞器的生物形成機制,在植物細胞生物學領域一直處於國際領先地位。內質網(endoplasmic reticulum, ER)是細胞內的一個精細的膜系統,是重要的細胞器。在是次發表於《美國科學院院報》的研究中,姜教授的科研團隊發現了植物ATG9蛋白的獨特功能──負責調控自噬體從內質網形成的過程,此發現直接證明了內質網是自噬體形成的起點。 

研究自噬體起源的困難之處,在於需要仔細分析自噬體形成之初的結構及過程。姜教授的團隊在研究中結合實時活體內成像、3D斷層掃描電子重組技術和遺傳學等方法,發現植物細胞中的ATG9基因缺失,會導致異常的自噬體小管形成,從而發現了植物ATG9蛋白,在自噬體從內質網形成的過程中所起的獨特作用。

姜里文教授表示:「我們的研究對農業生產有潛在的應用價值。如何提升農作物的抗逆能力及抵抗病原體感染,是長久而艱巨的課題。ATG9蛋白在高等真核細胞中廣泛存在,在水稻玉米以及大豆等重要作物基因組都可以發現同源基因,因此植物自噬分子機理的相關研究,將可以為提高農作物質量等方面提供新思路。」 

是次研究由姜里文教授團隊中的兩名博士後研究員莊小紅博士和崔勇博士、博士研究生鍾健奔,以及3D斷層掃描電子顯微鏡專家姜秉昊教授合作完成。研究項目亦獲得研究資助局卓越學科領域計劃及協作研究金的撥款,以及中大細胞器生物合成和功能研究中心、細胞及發育生物學研究中心和農業生物技術國家重點實驗室﹙香港中文大學夥伴實驗室﹚的支持。 

由姜教授指導的學生和博士後研究員多次榮獲各項殊榮,包括兩項中大青年學者論文獎、四項研究生最佳研究成績獎、兩項Keystone研討會獎學金、兩項國際人類前沿科學項目獎金和兩次入選中國「青年千人計劃」項目。



由生命科學學院姜里文教授帶領的研究團隊揭示了ATG9蛋白在植物自噬體膜起源方面的重要作用。 左起:姜秉昊教授、鐘健奔、莊小紅博士、姜里文教授、崔勇博士。

由生命科學學院姜里文教授帶領的研究團隊揭示了ATG9蛋白在植物自噬體膜起源方面的重要作用。 左起:姜秉昊教授、鐘健奔、莊小紅博士、姜里文教授、崔勇博士。

 

根據斷層掃描電子顯微鏡數據(左圖)重組的3-D 模型(右圖)展示了自噬體小管(綠色)與內質網膜(黃色)直接相連的關係。比例=500nm

根據斷層掃描電子顯微鏡數據(左圖)重組的3-D 模型(右圖)展示了自噬體小管(綠色)與內質網膜(黃色)直接相連的關係。比例=500nm

 

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