植物细胞发动蛋白相关蛋白家族的结构与机制研究

发动蛋白（Dynamin）及发动蛋白相关蛋白（dynamin-related protein， DRP）在是一类重要的GTPase，对细胞的内吞、器官分化、物质运输起着关键的作用。目前植物细胞中共发现6种DRP，由于植物细胞独特的组成和生理周期，植物DRP也具有特殊的功能。DRP3-6负责线粒体和叶绿体的合成和功能维持；DRP2A主要参与到从高尔基体到液泡等的囊泡运输；植物细胞特异的DRP1家族共五个成员，通过与蛋白和脂类等相互作用，调控植物表型、细胞壁形成、细胞扩张和内吞运输等过程。除此以外，DRP家族蛋白还与植物对病原入侵、类囊体形态、线粒体的合成与信号传导等过程密切相关。为了深入认识DRP在植物细胞生理过程中的详细机制，本研究主要针对植物DRP1/DRP2等家族各个成员，解析它们与底物、蛋白和脂类等复合物的晶体结构，深入揭示和阐明DRP家族蛋白在内吞和细胞分化过程中具体功能机制。

发动蛋白（dynamin）在是一类重要的与生物机械化学相关的GTPase。在真核生物、细菌中，发动蛋白及发动蛋白相关蛋白参与到内吞、器官分化、细胞形态形成等核心的生命过程，对于细胞的分化、细胞内物质的运输起到关键的作用。植物细胞的形态和生理周期与哺乳动物细胞、细菌等具有较大区别，存在细胞扩张（cell expansion）、分化面（division plane）和细胞板（cell plate）的形成、以及细胞壁（cell wall）形成等独特的过程。由于DRP家族蛋白在细胞形态等重要生理过程中的重要功能，其在植物细胞的内吞等物质运输、器官分化、细胞形态，特别是植物细胞特异的生命活动中的功能和分子机制成为目前国际分子植物学领域研究的一个热点和前沿问题。. 为了深入认识DRP在植物细胞生理过程中的详细机制，本研究主要针对植物DRP1/DRP2等家族各个成员，集中围绕植物细胞DRP家族蛋白的结构和功能开展研究，解析它们与底物、蛋白和脂类等复合物的晶体结构，阐明DRP蛋白与GTP水解相关的构象变化（GTPase二体）及组装（全长蛋白）的分子机制，为研究DRP蛋白在植物细胞的器官分化、内吞、细胞形态方面的功能和作用机理提供坚实的结构生物学基础。. 在项目的资助下，我们成功的解析了AtDrp1A在不同底物结合状态下的三维精细结构。由于发动蛋白家族是依靠GTP水解提供能力，完成自身构象的变化，并导致生理功能的实现，因此了解发动蛋白成员在不同状态（GTP水解、GDP结合等状态）下，构象的变化，对于阐明其发挥功能的分子机制，具有关键的作用。根据这两个不同状态下的结构，我们提出了一种发动蛋白家族，通过GTP水解提供能量，完成膜融合的机制，这也是第一次从三维结构上发现了发动蛋白家族构象改变，导致生理功能的实现。该工作发表在Journal of Molecular Cell Biology上，与我们的工作同期发表的2篇Nature、1篇Cell和1篇PNAS文章，也发现了类似的结果，进一步验证了我们的理论。除此以外，在项目的支持下，还发表其他SCI研究论文6篇，圆满完成了项目的预定目标。