[原生質絲] 細胞間的橋樑，原生質絲的構造與運輸間的關係 20190934 EMBO Journal

Multiple C2 domains and transmembrane region proteins (MCTPs) tether membranes at plasmodesmata

Marie L Brault, Jules D Petit, Françoise Immel, William J Nicolas, Marie Glavier, Lysiane Brocard, Amèlia Gaston, Mathieu Fouché, Timothy J Hawkins, Jean‐Marc Crowet, Magali S Grison, Véronique Germain, Marion Rocher, Max Kraner, Vikram Alva, Stéphane Claverol, Andrea Paterlini, Ykä Helariutta, Magali Deleu, Laurence Lins, Jens Tilsner, Emmanuelle M Bayer

Abstract

In eukaryotes, membrane contact sites (MCS) allow direct communication between organelles. Plants have evolved a unique type of MCS, inside intercellular pores, the plasmodesmata, where endoplasmic reticulum (ER)–plasma membrane (PM) contacts coincide with regulation of cell‐to‐cell signalling. The molecular mechanism and function of membrane tethering within plasmodesmata remain unknown. Here, we show that the multiple C2 domains and transmembrane region protein (MCTP) family, key regulators of cell‐to‐cell signalling in plants, act as ER‐PM tethers specifically at plasmodesmata. We report that MCTPs are plasmodesmata proteins that insert into the ER via their transmembrane region while their C2 domains dock to the PM through interaction with anionic phospholipids. A Atmctp3/Atmctp4 loss of function mutant induces plant developmental defects, impaired plasmodesmata function and composition, while MCTP4 expression in a yeast Δtether mutant partially restores ER‐PM tethering. Our data suggest that MCTPs are unique membrane tethers controlling both ER‐PM contacts and cell‐to‐cell signalling.

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多重C2區域與跨膜區域蛋白質（MCTPs）在原生質絲中鏈繫了不同的生物膜系統

在真核生物中，生物膜接觸點（MCS）允許了胞器間的相互溝通。植物在細胞間聯繫的孔道 - 原生質絲中，演化出了一個獨特的生物膜接觸點。在原生質絲內，內質網與細胞膜的接觸點與細胞間訊息傳遞的調控，在演化上很可能是同時出現的。而在原升值絲內，生物膜鏈繫得分子機制與功能，仍然是未知。

在此，我們展示了在植物中，對於調節細胞間訊息傳遞佔有重要地位的多重C2區域與跨模區域（MCTP）蛋白質家族，特別座落在原生質司中扮演聯繫內質網與細胞膜的角色。我們報導了MCTP蛋白質會定位於原生質絲，並且利用他們的跨膜區域嵌入內職網，然後利用C2區域來與帶負電的磷酸化脂質互動而錨定在細胞膜上。

當阿拉伯屆失去Atmctp3與Atmctp4時，突變植物會表現出生長缺失，並且使得原生質絲的功能與構造也受損。而當MCTP4表現在缺少tether（已知在酵母菌中，用來固定內質網與細胞膜的蛋白質）的酵母菌中，MCTP4可部分彌補缺少tether的功能，重新連結內質網與細胞魔。

我們的結果暗示了MCTP蛋白質是可調控內質網與細胞膜的連結以及細胞間訊息傳遞的一個特殊錨定蛋白。

* TMR: 跨膜區域、C2A/B/C/D: C2區域、Desmotubular ER: 原生質絲內的內質網、Plasma Membrane: 細胞膜

原文連結： https://www.embopress.org/doi/10.15252/embr.201847182

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譯者心得：

原生質絲因為位置特殊（穿過細胞壁連接兩細胞），而使得研究難度相當高（不易純化，且在整個細胞中總量比例較低）。在過去幾年中，因為純化技術的進步，我們對於原生質絲的組成以及功能都漸漸有所了解。過去經由電子顯微鏡所觀察到的原生質絲，其中有許多支撐結構的蛋白質，我們一直都不了解這些蛋白質究竟扮演什麼角色。是單純物理性的支撐這個通道，還是也辦也了幫助運輸的功能？

此篇研究除了發現這個MCTP家族蛋白質座落在原生質絲，可幫助蛋白質在細胞間的運輸外，還額外顯示了，這群蛋白質是在不同的物種（酵母菌）中，都可以扮演相似的連結角色。這說明了這類型的蛋白質，可以經由單純物理、化學性質來執行相似的功能。但是這又開啟了一個新的問題，為什麼植物會特別讓這些蛋白質到特定的區域，是什麼樣的機制讓他們到達原生質絲才與細胞膜連結呢？那這些蛋白質又如何幫助其他蛋白質的運輸？這些都是未來可能可以拓展的研究方向，值得繼續追蹤。