本研究由Naxhiely Martínez Ramón和Bonnie Bartel在Rice University的生物化学与细胞生物学系完成，并于2010年4月1日发表在《Molecular Biology of the Cell》期刊上。该研究聚焦于拟南芥（Arabidopsis thaliana）中的过氧化物酶体（peroxisome）靶向受体PEX5和PEX7之间的相互依赖性，特别是PEX7在PEX5积累和PTS1（peroxisome-targeting signal 1）货物导入过氧化物酶体中的作用。

学术背景

过氧化物酶体是细胞中负责特定代谢反应的重要细胞器，尤其在植物和动物的发育过程中起着关键作用。过氧化物酶体中的蛋白质由细胞核编码，并通过翻译后机制从细胞质导入。这些蛋白质通常带有两种过氧化物酶体靶向信号（PTS）：PTS1和PTS2。PTS1由C末端的三个氨基酸组成，而PTS2则位于蛋白质的N端前30个氨基酸内。PEX5是PTS1的受体，而PEX7是PTS2的受体。在植物和哺乳动物中，PEX7依赖PEX5的结合来将PTS2货物导入过氧化物酶体。然而，PEX5和PTS1的导入是否也依赖于PEX7尚不清楚。本研究通过分析拟南芥中的PEX7突变体，揭示了PEX5和PTS1导入对PEX7的依赖性。

研究流程

1. 突变体的筛选与鉴定：研究者通过筛选对吲哚-3-丁酸（IBA）抗性的拟南芥突变体，发现了一个新的PEX7突变体pex7-2。该突变体在PEX7基因的第371位发生了C到T的突变，导致第124位的苏氨酸（Thr）被异亮氨酸（Ile）取代。这一突变位于PEX7的第二个WD-40重复结构域中，影响了PEX7与PEX5及PTS2货物的结合能力。

2. 生理表型分析：研究者通过一系列生理实验评估了pex7-2突变体的过氧化物酶体功能缺陷。实验包括对IBA的抗性、蔗糖依赖性以及脂肪酸β-氧化缺陷的分析。结果显示，pex7-2突变体在光照条件下表现出更严重的过氧化物酶体功能缺陷，尤其是在PTS1和PTS2的导入方面。

3. 酵母双杂交实验：为了进一步验证PEX7-2突变对PEX5和PTS2货物结合的影响，研究者进行了酵母双杂交实验。结果表明，PEX7-2突变体无法与PEX5和PTS2货物（如硫解酶）结合，证实了该突变对PEX7功能的破坏。

4. 蛋白质积累与定位分析：通过免疫印迹和荧光显微镜技术，研究者发现pex7-2突变体在光照条件下PEX5的积累显著减少，且PTS1-GFP（绿色荧光蛋白）在细胞质中错误定位，表明PTS1导入依赖于PEX7。此外，PEX7-2突变体在光照条件下表现出更严重的PTS1导入缺陷。

主要结果

1. PEX7-2突变体的表型：pex7-2突变体表现出典型的过氧化物酶体功能缺陷，如对IBA的抗性和蔗糖依赖性。与pex7-1和pex5-1突变体相比，pex7-2的表型更为严重，尤其是在光照条件下。

2. PEX5和PTS1导入的依赖性：研究发现，PEX5和PTS1的导入依赖于PEX7。pex7-2突变体在光照条件下PEX5的积累显著减少，且PTS1-GFP在细胞质中错误定位，表明PEX7在PTS1导入中起关键作用。

3. PEX7-2突变对PEX5和PTS2结合的影响：酵母双杂交实验表明，PEX7-2突变体无法与PEX5和PTS2货物结合，进一步证实了PEX7-2突变对PEX7功能的破坏。

结论与意义

本研究揭示了PEX7在PEX5和PTS1导入中的关键作用，表明PEX5和PEX7在植物中具有相互依赖性。这一发现不仅深化了我们对过氧化物酶体生物发生的理解，还为某些生物体中保留PTS2途径提供了可能的解释。此外，研究还表明，环境条件（如光照）可能影响PEX7的功能，进一步强调了过氧化物酶体在不同环境条件下的适应性。

研究亮点

1. 重要发现：本研究首次揭示了PEX7在PEX5和PTS1导入中的关键作用，表明PEX5和PEX7在植物中具有相互依赖性。
2. 新颖性：通过分析新的PEX7突变体pex7-2，研究者发现了PEX7在光照条件下对PEX5积累和PTS1导入的调控作用。
3. 应用价值：该研究为理解过氧化物酶体在不同环境条件下的功能调控提供了新的视角，并为相关疾病的治疗提供了潜在的理论基础。

其他有价值的内容

研究还发现，PEX7-2突变体在光照条件下表现出更严重的过氧化物酶体功能缺陷，表明环境条件可能影响PEX7的功能。这一发现为进一步研究过氧化物酶体在不同环境条件下的功能调控提供了新的方向。