Glycosylfosfatidylinositol (GPI) verankering is een belangrijke post-translationele modificatie, die niet-transmembraan-eiwitten aan de buitenste bijsluiter van het plasmamembraan (PM) bindt. Het neemt deel aan veel biologische processen door signaalperceptie, celadhesie, transport en metabolisme te vergemakkelijken. Rijpe GPI-delen van eukaryoten bevatten meestal een geconserveerde glycaankernstructuur en een variabele lipidestaart, en het lipidegedeelte is belangrijk voor het richten van GPI-verankerde eiwitten (GPI-AP's) naar de bestemde plaatsen op het celoppervlak. De verschillen in lipidenstructuur duiden daarom op gevarieerde sorteerroutes voor GPI-AP's. GPI-lipidesynthese omvat meerstaps remodelleringsreacties, die onverzadigde vetzuurketens omzetten in verzadigde lipiden en uiteindelijk gevarieerde lipidestaarten vormen in gist en dieren.

Planten hebben ongeveer 300 GPI-AP's. Van meerdere biologische functies wordt de assemblage van de plantencelwand voorgesteld als een van hun belangrijkste rollen. De mechanismen van GPI-modificatie, met name lipide-remodellering, en de rollen in de organisatie van de celwand zijn echter nog steeds nogal onduidelijk.

Onderzoekers onder leiding van prof. Zhou Yihua van het Instituut voor Genetica en Ontwikkelingsbiologie van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) rapporteerden onlangs dat BRITTLE CULM16, een glycosylfosfatidylinositol-anker-lipide-remodelase, nodig is voor het richten van gemodificeerde eiwitten op het celoppervlak en de celwand regelt biomechanica.

Door karakterisering van de rijstbrosse culm 16 (bc16)-mutant, werd BC16 geïdentificeerd als coderend voor een membraangebonden O-acyltransferase (MBOAT) in GPI-lipide-remodellering en mede tot expressie gebracht met veel GPI-vormende genen. BC16 bevindt zich in het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat.

Door introductie van BC16 in een gistmutant die deficiënt is in een MBOAT-homoloog, werd het groeidefect van de gistmutant volledig hersteld en werden de afwijkingen in de lipidestructuur in GPI-AP's grotendeels hersteld. Massaspectrometrie-analyse van rijst GPI-AP-lipiden onthulde dat verzadigde fosfatidylinositol en fosfatidylceramide de belangrijkste GPI-lipidensamenstelling in planten zijn, en die zijn sterk verminderd in de bc16-mutant.

Met behulp van BC1, een bekende GPI-AP die betrokken is bij de vorming van secundaire celwanden, en verschillende GPI-AP's als reporters, werd aangetoond dat BC16-gemedieerde lipide-remodellering vereist was voor het richten van GPI-AP's op specifieke microdomeinen op de PM. Interessant is dat cellulosesynthase CESA4 zich waarschijnlijk ook in dergelijke PM-microdomeinen bevindt, wat cruciaal bewijs levert voor de BC16-functie bij de vorming van celwanden.

Bovendien onthulden atomic force microscopie en nano-indentatie-analyse abnormale uitlijning van cellulose-nanofibrillen in bc16, vergelijkbaar met die in bc1, wat resulteert in veranderde elastische moduli en een verminderde mechanische sterkte.

Dit werk is het eerste dat de broosheid van gewassen verklaart vanuit een biomechanisch perspectief.

Daarom biedt deze studie nieuwe inzichten in de rijping van GPI-lipiden van planten en schetst het een mechanisme voor het regelen van celwandmechanica en mechanische sterkte van planten, en biedt het een hulpmiddel voor moleculair ontwerp van elite-gewassen met optimale ondersteunende sterkte.

Dit werk, getiteld "Glycosylphosphatidylinositol anchor lipid remodeling stuurt eiwitten naar het plasmamembraan en regelt de celwandmechanica", werd gepubliceerd in The Plant Cell op 17 augustus. + Verder verkennen

Ongekende glycaan-nanocompartimenten ondersteunen het patroon van de vaatwand van planten en de robuustheid van het xyleem