2016年12月23日，我校生物系教授李瑞熙课题组与美国加州大学河边分校Natasha Raikhel 院士研究组合作在植物学顶级杂志《The Plant Cell》在线发表（Different Endomembrane Trafficking Pathways Establish Apical and Basal Polarities）的研究论文。该研究发现一种小分子化合物- Endosidin 16 (ES16) 通过调控一类小G蛋白-RabA2A GTPase特异性诱导顶端极性定位的生长素转运载体PIN蛋白形成胞内聚合物并改变其顶端极性分布但不影响 PIN蛋白的基底膜定位。研究结果第一次揭示了生长素转运蛋白顶端极性定位的内膜分选机制。

　　生长素是调控植物胚胎发育和胚后发育的关键影响因子。生长素在不同细胞和组织间极性运输，由此产生的生长素峰值和梯度对植物器官发生和形态建成起着决定性作用。因此，研究生长素极性运输的生物学机制一直是植物发育生物学的重要热点方向。近年来大量研究从生化、遗传方面证实了几类位于细胞膜上的载体蛋白具有生长素极性运输功能，而在膜上呈极性分布的PIN蛋白是最受研究者关注的。PIN蛋白能动态参与细胞内膜运输，其极性膜定位是持续性内吞和循环平衡的结果，并受到胞转作用调控。PIN 蛋白胞内循环过程具有极性。用真菌毒素 Brefeldin A处理或者ARF GTPase鸟苷酸交换因子 (ARF-GEF) GNOM 蛋白功能缺失都会抑制向底性循环（basal recycling）并破坏PIN1蛋白基底极性分布，但对PIN2顶端极性定位影响不大。除了GNOM参与PIN蛋白向底性极性运输, 向顶性极性运输是否受到特定内膜蛋白调控尚不清楚。

　　为了探索调控 PIN 蛋白顶端极性定位的细胞生物学机制，李瑞熙研究组进行了一次小规模化合物筛选，目的在于发现能够特异性干扰 PIN 蛋白顶端极性分布但不影响基底极性分布的化合物。通过筛选，他们发现了一种小分子化合物- Endosidin 16 (ES16)， 能够特异性诱导顶端极性定位的 PIN2 蛋白形成胞内聚合物并改变其顶端极性分布但不影响 PIN1 的基底膜定位。进一步研究发现，ES16 对PIN蛋白顶端极性定位的调控作用是通过作用于一类小G蛋白RabA2A GTPase 来实现的。蛋白序列比对分析显示RabA2A与动物细胞中的Rab11 GTPase同源。Rab11能够介导动物上皮细胞囊泡向顶性极性运输，并定位于一类特殊的向顶性循环囊泡-Apical Recycling Endosome (ARE) 中。因此，动物细胞中存在分别介导向顶性和向底性极性运输的亚细胞器和对应的调控蛋白。这样的内膜分选途径是否在植物细胞中存在目前还未知。李瑞熙课题组的研究显示，RabA2A GTPase 调控的PIN蛋白顶端极性定位和向顶性极性运输独立于GNOM介导的向底性极性运输，第一次揭示了植物细胞可能与动物细胞类似也存在决定膜蛋白极性定位的不同内膜分选途径。

　　该文章第一作者为南方科技大学助理教授李瑞熙。南方科技大学副教授王俊琦和李瑞熙课题组的高婷同学分别为第三作者和第五作者参与了部分工作。美国加州大学河边分校Cecilia Rodriguez-Furlan，Wilhelmina van de Ven，Natasha V. Raikhel和Glenn R. Hicks合作参与了文章的工作。该研究由美国能源部基金和深圳市科技创新委员会基金（王俊琦副教授）支持。

图1. ES16处理引起PIN2形成胞内聚合物并改变顶端极性分布但不影响PIN1基底极性。