Atomisk indsigt i, hvordan plantesteroidhormon får planter til at vokse

Plantesteroidhormoner, også kendt som brassinosteroider (BR'er), spiller afgørende roller i forskellige plantevækst og udviklingsprocesser. På trods af deres betydning er de molekylære mekanismer, der ligger til grund for, hvordan BR'er regulerer plantevækst på atomniveau, ikke blevet fuldstændig belyst. Nylige fremskridt inden for strukturel biologi og biofysiske teknikker har givet betydelig indsigt i interaktionerne mellem BR'er og deres receptorer, hvilket kaster lys over det molekylære grundlag for BR-signalering.

BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1) er hovedreceptoren for BR'er. Det tilhører familien af ​​leucinrige gentagelser (LRR) receptorlignende kinaser (RLK'er). Strukturelle undersøgelser ved hjælp af røntgenkrystallografi og kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) har afsløret den detaljerede arkitektur af BRI1-BR-komplekset. Det hormonbindende domæne af BRI1 består af et ekstracellulært LRR-domæne og et transmembrant domæne. Efter BR-binding gennemgår BRI1 konformationelle ændringer, hvilket fører til aktivering af dets intracellulære kinasedomæne.

Den aktiverede BRI1-kinase phosphorylerer specifikke nedstrømssubstrater og initierer en kaskade af signaleringsbegivenheder, der i sidste ende styrer plantevækst og udvikling. Et kritisk substrat er BRI1-ASSOCIATED KIASE 1 (BAK1), et andet LRR-RLK. BRI1-BAK1-komplekset er lokaliseret ved plasmamembranen og spiller en central rolle i BR-signalering. Strukturel analyse af BRI1-BAK1-komplekset har givet indsigt i de molekylære mekanismer for BRI1-BAK1-interaktion og aktivering.

Ud over BRI1 er andre komponenter i BR-signalvejen også blevet undersøgt på atomniveau. For eksempel er krystalstrukturen af ​​BRASSINOSTEROID-SIGNALING KINASE 1 (BSK1), en nedstrøms kinase i BR-signalvejen, blevet bestemt. Strukturen afslører det molekylære grundlag for BSK1-aktivering og dets interaktion med andre signalkomponenter.

Desuden har strukturelle undersøgelser af interaktionerne mellem BR'er og forskellige proteiner involveret i BR-transport og metabolisme bidraget til vores forståelse af hormonets overordnede biologiske aktivitet. Disse undersøgelser har identificeret nøglerester og bindingssteder, der er essentielle for BR-opfattelse, signalering og regulering.

Atomniveauforståelsen af ​​BR-signalering giver et grundlag for yderligere undersøgelser af de molekylære mekanismer for plantevækstregulering af steroidhormoner. Det tilbyder også potentielle muligheder for udvikling af nye strategier til at manipulere plantevækst og udvikling til landbrugs- og bioteknologiske anvendelser.