近日，生物学院高宏波教授团队与北京化工大学冯越教授团队合作在国际著名期刊PNAS上发表了题目为“Structural and functional insights into the chloroplast division site regulators PARC6 and PDV1 in the intermembrane space”的研究论文，对叶绿体分裂蛋白PARC6和PDV1互作以及相关的调控机制进行了深入研究。
叶绿体是植物特有的细胞器，是进行光合作用和许多代谢反应的主要场所。叶绿体的分裂增殖对于各种植物在自然界的生存和繁衍都具有重要的意义。叶绿体分裂是由位于叶绿体基质、叶绿体内外膜和细胞质中的多种分裂蛋白相互协作完成的（图1）。Min系统蛋白在叶绿体分裂过程中调控分裂位点的位置，使叶绿体从中部进行分裂，从而产生大小一致的子叶绿体。PARC6和PDV1是分别位于叶绿体的内膜和外膜的跨膜蛋白，二者的C末端在叶绿体膜间隙中相互作用，但它们之间的互作机制之前还不清楚。
图1 叶绿体分裂位点各蛋白质拓扑结构和互作示意图
此前研究报道，PDV1与PDV2共同招募胞质侧的ARC5至叶绿体外膜，而该研究发现，PDV1的主要作用在于维持PARC6的稳定。PARC6作为叶绿体Min系统的组分之一，其突变体parc6-6叶肉细胞的叶绿体表型与Min系统其它成员突变体表型类似，体积大小不一，而突变体pdv1-3也有相似表型。生化分析显示，pdv1突变体中PARC6的水平严重下降。蛋白质晶体结构显示，PARC6的C端呈带有“盖子”的口袋型结构（图2）。氧化条件下，PARC6两个半胱氨酸残基C657和C741会形成分子内二硫键，导致口袋被“盖子”封住，阻止PDV1与其互作。还原条件下，PDV1的C末端插入 PARC6的口袋中，通过两个结合位点与其相互作用，并促进PARC6二聚，这对叶绿体分裂至关重要。有意思的是，光照可以调节植物体内PARC6结构的氧化还原状态，从而促进叶绿体分裂。此外，Mg2+也能够促进PARC6二聚。光照后叶绿体内Mg2+的浓度增加。因此，Mg2+可能是光照促进叶绿体分裂的另一个调控因子。
综上所述，该研究不仅使我们对Min系统的认知从叶绿体内膜扩展到了外膜，还揭示了PARC6–PDV1互作对叶绿体分裂的多重调控机制。
图2 光照调节叶绿体分裂过程中PDV1与PARC6互作的模式图
我校高宏波教授和北京化工大学冯越教授为该研究论文的共同通讯作者，高宏波教授课题组的孙青青博士、安传敬博士，以及冯越教授课题组的曹雪莉、刘子赫为共同第一作者。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金和国家自然科学基金的资助。
论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2215575120
