植物分子安抚富含铁的血红素

豆类和共生关系在根部生长的细菌对植物的生存至关重要。没有这些细菌,植物就没有氮的来源,一个至关重要的元素构建蛋白质和其他生物分子,他们会依赖于氮肥在土壤中。

建立共生关系,一些豆科植物产生数以百计的肽,帮助细菌生活在结构称为结节在根部。一个新的研究从麻省理工学院(MIT)显示,这些肽有一个意想不到的功能之一:它安抚了所有可用的血红素,含铁的分子。这将细菌iron-starvation模式,加大生产的氨、氮的形式,用于植物。

”这是第一个700肽在这个系统的一个非常详细的分子机制已经解决,”格雷厄姆·沃克说,美国癌症协会研究麻省理工学院生物学教授、霍华德•休斯医学研究所教授,这项研究的资深作者。

这个heme-sequestering肽可能有益的使用在治疗多种人类疾病,研究人员说。消除自由从血液中血红素可以帮助治疗由细菌或寄生虫引起的疾病需要血红素为了生存,如p . gingivalis(牙周疾病)或弓形体病、镰状细胞病或败血症等疾病太多血红素释放到血液中。

“这项研究表明,基础研究plant-microbe交互也可能成为治疗应用翻译,“湿婆珊说,麻省理工学院的研究科学家、该研究的第一作者,在今天微生物学性质。

论文的其他作者包括Vignesh先生,一位麻省理工学院的科学家;凯文扁和玛丽Andorfer,麻省理工学院博士后;前KACST-MIT Areej Alhhazmi伊本·赫勒敦为沙特阿拉伯的女性学者奖学金;关颖珊Yoon和但丁阿瓦洛斯,麻省理工学院的研究生;泰勒史密斯,麻省理工学院生物学教师;凯瑟琳庄士贤,麻省理工学院的化学和生物学教授、霍华德·休斯医学研究所研究员;David h . Michael Yaffe科赫教授科学和麻省理工学院的一个成员的科赫研究所综合癌症研究;塞巴斯蒂安Lourido,莱瑟姆家庭职业发展麻省理工学院生物学教授和怀特黑德生物医学研究所的一员。

铁控制

近40年来,沃克的实验室研究豆类和根瘤菌之间的共生关系,一种固氮细菌。这些细菌将氮气转化为氨,地球的氮循环的一个关键步骤,使元素可用于植物和动物吃植物。

沃克的大部分工作集中在clover-like植物Medicago truncatula。固氮细菌引起结节的形成对这些植物的根和最终在植物细胞内,在那里他们将他们的共生形式称为类细菌。

几年前,植物生物学家发现Medicago truncatula生产约700肽有助于这类细菌的形成。这些缩氨酸生成在波,帮助细菌从自由生活过渡到成为嵌入到植物细胞作为固氮机器。

沃克和他的学生选择其中一个肽,称为NCR247,向更深入地挖掘。初步研究显示,固氮细菌暴露于这种肽时,15%的基因影响。许多基因参与进口铁发挥更积极的作用。

之后,研究人员发现,当他们融合NCR247更大的蛋白质,混合蛋白质意外红颜色。这偶然的观察发现,NCR247结合血红素,有机分子环形含铁是血红蛋白的重要组成部分,蛋白质,红血球输送氧气。

进一步的研究发现,当NCR247释放到细菌细胞,还能储备大多数细胞中血红素,发送触发它们的细胞到一个iron-starvation模式开始从外部环境进口更多的铁。

“通常细菌微调他们的铁代谢,他们不占用更多的铁已经够多了,”珊说。“酷的肽,它覆盖机制和间接调节铁细菌的内容。”

固氮酶,用来固氮细菌的主要酶,需要24到32的铁原子/酶分子,所以额外的铁的大量涌入可能帮助这些酶变得更加活跃,研究人员说。这个涌入固氮时间,他们发现。

“这些肽在一波产生结节,和这个特定的肽的生产更高时,正准备固氮细菌。如果这个肽分泌在整个过程中,细胞会有太多的铁,这不利于细胞,”珊说。

没有NCR247肽,Medicago truncatula和根瘤菌不能形成一个有效的共生固氮,研究者显示。

“很多可能的方向”

肽,研究人员研究了在这种工作可能有潜在的治疗用途。当血红素纳入血红蛋白,它执行一个身体的重要功能,但当它松散的血液,它能杀死细胞,促进炎症。免费存储血液中血红素可以积累,所以在过滤前的血红素血液输血病人可能会有用。

多种人类疾病导致自由循环血液中的血红素,包括镰状细胞性贫血,败血症和疟疾。此外,一些传染性寄生虫和细菌取决于血红素生存但不能产生,所以他们从环境中清除它。治疗这些感染一种占用所有可用的血红素蛋白质可以帮助防止寄生或细菌细胞生长和繁殖。

在这项研究中,Lourido和他的实验室的成员显示治疗寄生虫刚地弓形虫与NCR427阻止寄生虫在人体细胞形成斑块。

研究人员目前正在寻求与其他实验室在麻省理工学院的合作探索其中的一些潜在的应用,资金从阿玛教授g . Bose研究基金会资助。

“有许多可能的方向,但它们都是在非常早期的阶段,”沃克说。“潜在的临床应用非常广泛。您可以将多个赌在这个游戏中,这是一个有趣的事情。”

目前,人类蛋白血液结合素,也与血红素结合,探索可能成为治疗镰状细胞性贫血。NCR247肽可以提供一个更简单的部署选择,研究人员说,因为它是小得多,更容易生产和交付到体内。

参考:珊年代,先生VMP,扁K, et al . haem-sequestering植物肽促进铁吸收共生细菌。Nat Microbiol。2022:1-13。doi:10.1038 / s41564 - 022 - 01192 - y

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