生物通报道：清华大学是我国著名的高等教育学府，近年来其生命科学学院发展迅速，2009年以来，生科院独立实验室负责人已在《细胞》《自然》《科学》等三种国际顶尖期刊上发表了多篇论文，涵盖了结构生物学、细胞生物学、神经科学、生物化学、免疫学等多个主流学科，受到多方的关注，近期又接连在Nature，PNAS等杂志上发表文章，公布最新重要成果。

Structural insight into brassinosteroid perception by BRI1

来自清华大学、北京大学、北京生命科学研究所等处的研究人员解析了一种重要受体膜蛋白BRI1的晶体结构。基于该结构和相关实验结果，提出了BRI1识别油菜素内酯（brassinosteroids）并被诱导激活的机制。

在植物和动物中，受体激酶(receptor-like kinases，RLKs)介导了各种各样的细胞信号传导途径。在动物细胞中，酪氨酸受体激酶和丝氨酸／苏氨酸受体激酶的作用机理在许多报告中已被详细阐明：配体通过识别并结合细胞外受体的相应的功能区，使受体发生双聚作用，引起受体的磷酸化，从而激发其下游的一系列信号的传导。然而，对于植物来说，有关RLKs的相应研究只在最近几年才有一些突破性的工作。虽然在植物的基因组里可以推测到许多植物受体激酶基因的阅读框，但这些受体是怎样进行信号传导还不是很清楚。 在这些植物受体激酶中，最大的一类是富亮氨酸重复(leucine-rice repeats，LRRs)的受体激酶(LRR-RLKS)。在拟南芥中至少含有200多个编码这一类激酶的基因。这类LRR-RLKS参与了各种各样的生物途径，包括分生组织的生长调控，抗病性，激素信号传递，组织发育等。BRI1是LRR-RLKS家族的主要成员，过去的研究表明BRI1受体及其共受体BAK1在一种重要的植物激素油菜素内酯的识别中起重要作用。

在这篇文章中，研究人员报道了BRI1识别BL的晶体结构，结合生化实验提出了BRI1活化的可能机制。结构显示BRI1的胞外部分包括一个N端帽结构域、25个亮氨酸基序、一个C端帽结构域及位于21与22基序之间的岛状结构域。正如典型含丰富亮氨酸基序蛋白结构一样，这些基序串联在一起形成一个高度弯曲的螺旋管状结构，围绕中心轴旋转了360度。与其它含丰富亮氨酸基序蛋白结构有区别的是BRI1由丰富亮氨酸基序形成的螺旋管状结构异常扭曲，相对于第一个基序，最后一个基序通过右手螺旋围饶中心轴上升了60埃。另一显著的特点是在螺旋管的内侧有一个岛状结构域。以前的生化实验认为岛状结构域与临近的亮氨酸基序参与配体油菜素内酯的识别。我们的晶体结构显示岛状结构域确实参与了配体的结合，但是只有岛状结构域是不够的，其需要与临近的亮氨酸基序骨架共同构成一个可以容纳配体的小坑，受体与配体形成了很好的形状与电荷互补，BRI1蛋白与BL识别的作用力主要由疏水相互作用构成，这也可以解释为什么受体可以结合许多结构不同的油菜素内脂化合物。复合物的晶体结构也提示，油菜素内脂的七元B环上的六位酮基氧和23位的羟基对于配体的选择性是需要的。这些结构信息也有助于设计新的非油菜素内脂小分子，以达到根据需求控制植物的性状来满足人类的需要。同时，结合BL后BRI1的两段肽段发生了明显的构像变化，这些现象结合生化实验结果为BRI1受体结合BL后如何活化提供了线索。

这一结构不仅解释了BRI1是如何识别BL的，更重要的是以前人们认为，对于甾类激素例如雌激素主要是由胞浆或核内的受体识别。我们的结构揭示了一种存在于细胞膜上的全新的识别甾类激素的结构域。表明细胞膜上也可以做为甾类激素发挥作用的部位。对于哺乳动物甾类激素膜表面受体的认识也有重要启示意义。

同时，在模式生物拟南芥中有至少含有200多个富含亮氨酸重复的受体激酶（在水稻中大约有600多个），这类LRR-RLKS参与了多种多样的生物过程：调控分生组织的生长、抗病性、激素信号传递、组织发育等。BRI1晶体结构也为研究这一类蛋白提供了很好的范例。

China needs no foreign help to feed itself

来自清华大学的宫鹏教授（Peng Gong）在Nature杂志上发表了题为“China needs no foreign help to feed itself”的评论性文章，针对美国华盛顿地球政策研究所Lester Brown文章：Can the United States feed China? 提出了自己的看法，认为对中国粮食安全的担忧没有必要，中国能够实现粮食自给，使粮食产量增长20—30%，是否从国外进口完全取决于中国是否愿意这么做，与中国是否需要无关。

Integrin activation and internalization on soft ECM as a mechanism of induction of stem cell differentiation by ECM elasticity

来自清华大学航天航空学院生物力学所、首都医科大学附属北京朝阳医院等处的研究人员发现整合素活化及内吞是细胞外基质弹性诱导干细胞分化的一种机制，阐述了细胞外基质弹性诱导干细胞世系分化的研究的重要进展。

不同弹性的细胞外基质（Extracellular Matrix， ECM）可以诱导间充质干细胞分化为成神经细胞、成肌肉细胞、成骨细胞等，这一神奇的现象自2006年一经发表，就引起全球众多科学家的关注。5年来，国际生物力学界数年来一直不断探索其机理。最近这个迷人的问题有望得到解答。

细胞感受ECM弹性的过程是细胞将感受到的力学刺激转化为生物化学信号的过程。该过程称为细胞力学信号转导。细胞通过黏着斑与ECM黏附。黏着斑由一系列信号分子构成，并在胞质中与细胞微丝骨架相连。这些信号分子在力学刺激作用下可产生构象变化，从而触发激酶活化、磷酸化位点暴露、信号分子胞内运输和受体配体结合强度改变等一系列分子事件。在这些信号分子中，整合素在已知的多数力学信号感知过程中都起到关键作用，是力学信号转导通路的重要起点。

研究人员在论文中阐述了细胞外基质弹性诱导干细胞世系分化的研究的重要进展：较软的细胞外基质（Extracellular Matrix， ECM）易使整合素-基质蛋白复合物解离，从而触发整合素分子被细胞内吞，导致骨形态蛋白受体的亚细胞定位发生改变，使其下游信号通路被抑制，最终诱导干细胞向神经系分化。力学分析表明：材料的弹性变化影响了整合素-基质蛋白复合物上的加载速率，因此影响了该复合物的解离力。

（生物通：万纹）