1、細胞壁中的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組學的新視角細胞壁的蛋白質(zhì)，是植物細胞壁的基本成分;他們在涉及修改細胞壁組成，剪力墻結(jié)構(gòu)，信令和質(zhì)膜蛋白質(zhì)在細胞表面的相互作用。細胞壁艙的蛋白質(zhì)組學方法的應用提出了重要的問題：是有技術(shù)問題，具體到細胞壁蛋白質(zhì)組學？種蛋白質(zhì)可以發(fā)現(xiàn)在擬南芥中的墻壁？他們中的一些意外嗎？什么樣的翻譯后修飾的特點，在細胞壁蛋白日期？這次檢討的目的是討論利用蛋白質(zhì)組學，以及一些新的問題，挑戰(zhàn)未來的研究迄今取得的實驗結(jié)果。細胞壁蛋白建立一個更全面的觀點由于植物細胞中的第一個在1665年由羅伯特·胡克的意見，直到1980年代，細胞壁被認為是剛性的，靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在過去的二十多年中，它有成為明顯

2、的細胞壁是一個充滿活力的組織細胞是必不可少的細胞分裂，擴大和分化（如動物細胞外基質(zhì)），以及生物和非生物脅迫響應。它也是細胞信號源承認在相同或不同的生物體之間5-7。細胞壁是天然復合材料結(jié)構(gòu)，主要由超高分子量多糖，蛋白質(zhì)，木質(zhì)素。木質(zhì)素只存在于特定的細胞類型中。由于目前的知識細胞壁多糖最近已檢討8，9，我們將專注于擬南芥細胞壁蛋白（CWP）可以參與細胞壁成分的修改，剪力墻結(jié)構(gòu)和信令以及質(zhì)膜蛋白質(zhì)在細胞表面的相互作用分子生物學技術(shù)和擬南芥基因組的完整測序已經(jīng)極大地促進了許多CWP的基因家族的描述和他們的轉(zhuǎn)錄調(diào)控 10-23。有人發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)CWP是由多基因家庭編碼。系統(tǒng)轉(zhuǎn)錄方法結(jié)合遺傳分析8，但這

3、些不解決剪接的發(fā)生或翻譯后修改的蛋白質(zhì)。此外，蛋白質(zhì)可以移動和復合物，修改其功能。這種復雜程度不能使用單獨轉(zhuǎn)錄處理 24。蛋白質(zhì)組學方法的嘗試，不僅給在給定的發(fā)展階段的蛋白質(zhì)更大的視野，呈現(xiàn)在一個特定的器官上，并且還處理其中的一些問題。植物蛋白質(zhì)組學的幾個最近的評論描述了這方面可用的方法 24-26，蛋白質(zhì)組學中的應用研究細胞壁 27，28 在過去三年中，幾組采用蛋白質(zhì)組學研究，以確定CWP，在不同的擬南芥器官。這些研究只評估存在的蛋白質(zhì)，而其相對豐度仍然不明。新興的細胞壁蛋白質(zhì)更準確的眼光：CWP新的家庭和翻譯后修飾，除了N和O-糖基化，正在描述。這就提出了一個問題的估計數(shù)A.細胞壁的蛋白質(zhì)

4、存在于擬南芥。答的注解擬南芥基因組顯示，約17的基因組，即5000基因編碼的蛋白質(zhì)與預測信號肽，針對它們的分泌途徑。細胞壁在普渡大學的基因組大學（ /家庭/ index.html）上列出的答擬南芥細胞壁的組裝和修改有關(guān)的基因，其中約500個基因編碼胞外蛋白。然而，這個數(shù)字太低了，因為只有基因家族被認為與已知的生化功能的編碼CWP。如果CWP最近在蛋白質(zhì)組學研究，以及產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的多種形式確定剪接和翻譯后修飾，考慮考慮，合理估計將產(chǎn)生1000至2000種不同的蛋白質(zhì)。在此審查細胞壁蛋白質(zhì)組學在A擬南芥，我們將分析的結(jié)果，討論了新興的圖片，強

5、調(diào)蛋白質(zhì)組學的具體貢獻，并指出在該地區(qū)的新觀點。很難把握細胞壁蛋白質(zhì)除了蛋白質(zhì)組分析中通常遇到的困難，如稀缺蛋白的蛋白質(zhì)分離和檢測29，CWP目前特別復雜性。他們是嵌入在一種不溶性多糖基質(zhì)和互動與其他細胞壁成分（1盒），其萃取具有挑戰(zhàn)性的。可用的細胞壁蛋白質(zhì)組包括不穩(wěn)定和弱結(jié)合蛋白（1盒）。弱束縛的CWP提取純化細胞墻壁與鹽或螯合劑。由于不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)，可以編制過程中丟失細胞壁，他們必須從組織中提取非破壞性的技術(shù)，如真空浸潤30，或細胞懸浮培養(yǎng)的液體培養(yǎng)基或恢復苗31，32。至于尚未有沒有有效的程序來釋放強烈必將以CWP細胞外基質(zhì)。結(jié)構(gòu)蛋白，的實例伸展或覆檢，可交聯(lián)通過DI-isodityro

6、sine債券33，34。到現(xiàn)在為止，已經(jīng)伸展與鹽洗脫之前他們從細胞懸浮培養(yǎng)insolubilization 35。另一個困難是分離的由經(jīng)典的二維凝膠電泳的多肽。大多數(shù)CWP的基本糖蛋白框1（圖1）和缺乏解決這種技術(shù)36。以上CWP的60，PI值8和12.9之間，平均為8.5（1盒）。這一數(shù)額包括只有少數(shù)的結(jié)構(gòu)蛋白，其基本的PI聞名。最后，HRGP大量糖化，他們是很難檢測凝膠和抗蛋白酶。這樣蛋白質(zhì)需要的隔離和deglycosylation的具體方法，如發(fā)展最近合成伸展使用的34和阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGP） 37。專欄1 細胞壁蛋白和細胞壁成分的相互作用植物細胞壁多糖和蛋白質(zhì)組成的復雜結(jié)構(gòu)。目前

7、的模型描述成兩個結(jié)構(gòu)獨立和相互作用及其組成部分的安排網(wǎng)絡，在果膠矩陣5，69嵌入式。纖維素微纖維和半纖維素構(gòu)成第一個網(wǎng)絡;第二個是由結(jié)構(gòu)蛋白組成。在這次審查中，我們認為作為CWP所有蛋白質(zhì)分泌到細胞外空間以及蛋白質(zhì)之間的接口位于細胞膜和細胞壁。在蛋白質(zhì)組學研究確定的CWPCWP數(shù)據(jù)庫中列出（補充材料）?？煞譃槿N類型，CWP，根據(jù)它們之間的相互作用細胞壁的成分。CWP可以有很少或根本沒有細胞壁成分的相互作用，從而在細胞外空間自由移動?？梢园l(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)在細胞的液體培養(yǎng)基懸浮或幼苗或可提取低離子強度緩沖。我們呼吁這個分數(shù)“活性蛋白”，其中大多數(shù)是有酸性的pI范圍從2到6（圖1）。另外，CWP可能

8、范德華力，氫鍵，疏水性或弱約束矩陣離子相互作用。 這種蛋白質(zhì)可提取鹽和其中大多數(shù)是有基本的pI范圍8日至11日，讓他們帶正電荷的細胞壁酸性pH值（圖1）。 即使最細胞壁多糖是中性的，帶負電荷的果膠含有半乳糖醛酸與高PI蛋白質(zhì)相互作用的負電荷。 這種相互作用會是由pH值，鈣，果膠酯化度的調(diào)制2 +濃度，流動性和這些大分子的擴散系數(shù)70。 最后，CWP可以強烈約束細胞壁組件，使他們?nèi)匀荒望}提取。 作為例子，伸展是交叉鏈接共價鏈接33，71和過氧化物酶，可以有一個高親和力的Ca+ -果膠72圖1。CWP的pI。 成熟的CWPPI計算后去除其

9、信號肽 是否有不規(guī)范的細胞壁蛋白？非規(guī)范CWP，被稱為細胞內(nèi)蛋白質(zhì)。 他們已經(jīng)在幾個報告高等植物細胞壁蛋白質(zhì)組的近期出版物38，39，綠藻40，和真菌41，42。 這些蛋白質(zhì)的存在（ 如糖酵解酶，轉(zhuǎn)錄因素，核糖體蛋白）令人費解的是，因為它們不包含預測的信號肽，必要針對分泌途徑;他們也不具有理解函數(shù)在細胞壁上。 存在一個未知的出口機制不能排除43。 在這些研究中，非規(guī)范的CWP可以代表一半的蛋白質(zhì)確定在細胞壁制劑中38，39。 他們從孤立的細胞壁中提取，結(jié)果是高度依賴凈化技術(shù)的可靠性。 事實上，這些蛋白質(zhì)，尤其是基本的，可以由

10、酸性多糖基質(zhì)離子被困在細胞壁凈化。 細胞壁制劑的純度可以使用標記檢查對已知的蛋白質(zhì)的酶或抗體38，但分析工具（質(zhì)譜）10日至1000倍以上，經(jīng)典的生化和免疫學檢查敏感。 使用非破壞性的技術(shù)隔離CWP30，只有少數(shù)不規(guī)范的蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)，支持的想法，他們很可能是污染物。新的有關(guān)細胞壁蛋白的規(guī)范是什么？對于這次審查中，所有可用的擬南芥細胞壁蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)進行了篩選使用生物信息學工具，只選擇那些含有一個信號肽的蛋白質(zhì)，但缺乏的內(nèi)膜系統(tǒng)的保留信號31。 這些蛋白質(zhì)加入到我們的CWP數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在有281蛋白質(zhì)（補充材料）30-32，38，44-46。 在此外，功能注釋使

11、用這兩種蛋白質(zhì)序列比較和檢查生物信息學軟件設計的屏幕功能域31，47。約90的CWP類生化預測的基礎(chǔ)上被放置在（見表1）的生物學功能。 應當指出的是，只有生化功能實驗證明確定蛋白質(zhì)的一小部分。 假設是分享保守結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)具有相同的活動。 最令人驚訝的是，只有一半的蛋白質(zhì)已經(jīng)被定性為CWP。 他們是苷（生長激素）的水解酶，的碳水化合物酯酶/裂解酶，膨大，氧化還原酶，結(jié)構(gòu)參與蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的信號，其中大部分的AGP。 另一半是部分已知， 例如一些蛋白酶和外源凝集素已被形容為是外9，48，49。 最耐人尋味的是，其余10的蛋白質(zhì)

12、，沒有任何相似在其他生物體中已知的蛋白質(zhì)。 面臨的挑戰(zhàn)是闡明其生物學作用，在細胞壁。這項檢討興建的CWP數(shù)據(jù)庫（補充材料）包括每個鑒定蛋白質(zhì)的來源。 相同的蛋白質(zhì)被發(fā)現(xiàn)在不同的細胞壁器官呢？ 為了回答這個問題，我們選擇了三套數(shù)據(jù)，涉及到：葉含有分化細胞的花環(huán)，充分發(fā)展，在白化下胚軸分析伸長率，7日齡的懸浮培養(yǎng)細胞時，細胞正在積極分裂的結(jié)束擴大。 所有這三個蛋白質(zhì)組分別獲得使用媲美鹽提取協(xié)議，電泳，通過的MALDI-TOF質(zhì)譜鑒定蛋白質(zhì)的分離?？杀刃缘幕A(chǔ)上確定在一個特定器官的特定蛋白質(zhì)。 的差異多糖組成，細胞壁結(jié)構(gòu)，低豐度的蛋白質(zhì)，或郵寄翻譯后

13、修飾可能導致它不是在實驗過程中發(fā)現(xiàn)的。 表1。 預測不穩(wěn)定和弱束縛的CWP的功能類。從數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的281蛋白質(zhì)（補充材料）被組裝在功能類和子類中的蛋白質(zhì)的功能域的存在。對多糖的蛋白質(zhì)，包括糖苷水解酶，酯酶，裂解酶和膨大; oxido-還原酶過氧化物和黃連橋酶蛋白質(zhì)相互作用的領(lǐng)域包括與外源凝集素或LRR類域的蛋白和酶抑制劑。 數(shù)據(jù)源于花環(huán)，細胞懸浮培養(yǎng)，白化下胚軸及幼苗，文化細胞懸液或白化苗，原生質(zhì)體的媒體。功能類確定蛋白質(zhì)蛋白多糖的行為29,5糖苷水解酶21酯酶/裂合酶5.5膨大3oxido-還原酶13.5過氧化物酶6小檗堿橋酶2.5結(jié)構(gòu)蛋白1.5蛋白質(zhì)參與的信號8蛋白酶

14、10蛋白質(zhì)相互作用域10凝集素域2.5LRR類域3.5酶抑制劑3雜項16.5未知函數(shù)10在確定每個蛋白質(zhì)和一些共同CWP數(shù)量如圖1a所示。 一個有趣的事實是十一蛋白存在共同所有三個器官。 這些蛋白質(zhì)在仔細觀察就會發(fā)現(xiàn)：兩個生長激素，兩個機動設備，一個germin，一種蛋白，四相互作用域的蛋白（凝集素和番茄的一個同源特定的木葡聚糖內(nèi)切葡聚糖酶抑制劑蛋白質(zhì)），和一個未知功能的蛋白質(zhì)。有趣的是，這兩個生長激素是由單個基因編碼的-木糖苷酶（At1g68560）。 現(xiàn)在的問題是：這些CWP代表一組的看家蛋白，所有類型的細胞壁至關(guān)重要？部分墻體白化下胚軸細胞蛋白質(zhì)組學，細胞懸

15、浮培養(yǎng)，比較圖1。蓮座葉。 CWP不穩(wěn)定和弱束縛的代表出席了會議。 （一）維恩圖的重疊三者之間的細胞壁蛋白質(zhì)組的。 （二）直方圖顯示功能不穩(wěn)定的類和弱束縛CWP在不同器官。 功能類，如表1，并在CWP數(shù)據(jù)庫中列出的所有蛋白質(zhì)（補充材料）。 確定一個蛋白質(zhì)CWP至少有50沒有被發(fā)現(xiàn)在別人，因此可能會具體到這種類型的細胞壁。 這部分是掛高數(shù)每個CWP的家庭，這可能是在開發(fā)過程中不同監(jiān)管發(fā)現(xiàn)的基因。更詳細的分析（圖1b），CWP類，在每一個器官確認在所有情況下，最能代表的蛋白質(zhì)，是那些對細胞壁多糖的演技。 如預計從事實生長激素確定CWP占2

16、0（見表1），蛋白質(zhì)作用于細胞壁多糖也具有最高的多樣性在每個類別器官。氧化還原酶是細胞懸浮培養(yǎng)，特別是眾多的，可能是由于連續(xù)紡生產(chǎn)的機械應力，氧化應激發(fā)生在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)。 在一些鹽提取結(jié)構(gòu)的唯一機關(guān)蛋白質(zhì)被確定是黃化的下胚軸，可能是因為這種蛋白質(zhì)尚未完全不溶性。 蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用域或多糖代表在所有器官，尤其是在玫瑰花。著名的細胞壁蛋白：蛋白質(zhì)組學的教訓蛋白質(zhì)組學分析提供了一個很大的優(yōu)勢：他們可以精確識別蛋白質(zhì)屬于同一個家族，每個成員在不同的檢測器官。 作為一個例子，圖2顯示了每個GH家族成員的數(shù)量發(fā)現(xiàn)在蓮座葉，白化下胚軸細胞懸浮培養(yǎng)。 生長激素

17、已被列為基于序列的CAZy同源性。 在玫瑰花和白化下胚軸已經(jīng)確定，23日和17日生長激素分別，而只有在細胞培養(yǎng)13。 意想不到的大量不同的生長激素，建議在成熟葉片細胞壁，經(jīng)過不斷的變化。 相比之下，低在細胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)的數(shù)量是驚人的，因為生長激素預期得到很好的體現(xiàn)在細胞分裂和伸長，重塑自己的多糖。 然而，這種低也可以是由于缺乏細胞分化的細胞培養(yǎng)。 各器官似乎有特別的GH分布（圖2）。 這將是有趣的，將這些為更好地了解多糖酶的活動，以他們的基板在細胞分裂過程中，細胞擴增和分化的細胞壁重塑。 同一gh分布在不同器官之間的差異被發(fā)現(xiàn)

18、在其他蛋白質(zhì)家族，如氧化還原酶。 圖3。三個細胞壁蛋白質(zhì)組的糖苷水解酶的發(fā)生。 數(shù)據(jù)來源于從白化胚軸，7日齡懸浮培養(yǎng)細胞和蓮座葉，在CWP數(shù)據(jù)庫（補充上市材料）。 糖苷水解酶被列為據(jù)的CAZy術(shù)語，基于序列同源性。 蛋白質(zhì)組學的另一個特點是通過蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)表征翻譯后修飾的分析。 糖基化，羥基化，以及許多其他的修改，是必要的，因為他們決定結(jié)構(gòu)，本地化和活動。CWP等特性，是體現(xiàn)糖基錨蛋白（GAP），其中AGP 37，45。 這些蛋白質(zhì)的屬性允許特定凈化程序，以及他們?yōu)镃WP的一個子集的分離。 它被發(fā)現(xiàn)，各種蛋白家族是脂質(zhì)錨到血漿膜通過糖基（GPI

19、）（補充材料）。 表征阿拉伯半乳聚糖肽基（集團）導致GPI錨定的存在，并確定為8個公司的12肽裂解位點的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌信號和GPI錨定信號的實驗證據(jù)。 此外，新的翻譯后修飾被發(fā)現(xiàn)在公司多肽，即脯氨酸羥基甘氨酸臨圖案內(nèi)的37 邁向新細胞壁的生物功能蛋白質(zhì)組學研究打開新的視野，擴大我們的CWP知識。 “識別不同類型的蛋白質(zhì)相同的生理過程也應有助于更好地了解細胞壁的功能，如下面的例子所示。已知的一些蛋白酶在細胞壁由免疫本地化方法和酶的活動9，50。 蛋白質(zhì)組學提供的額外信息蛋白酶，極大的多樣性，如枯草桿菌，羧，天門冬同源半胱氨酸蛋白酶。 到目前為止，在&

20、#160;A. 擬南芥突變體sdd1-1（氣孔密度和distribution1的-1）是唯一的突變影響的基因編碼細胞壁蛋白酶49。 “氣孔格局被打亂的突變，導致氣孔集群和增加氣孔密度。 然而，過度的 SDD的產(chǎn)生相反的表型。 “作者提出，SDD1產(chǎn)生的細胞外信號調(diào)節(jié)不對稱分裂在衛(wèi)星meristemoids中。 蛋白酶可以因此發(fā)揮的作用參與開發(fā)，他們也可能會導致CWP的營業(yè)額，產(chǎn)生的信號過程仍知之甚少。蛋白質(zhì)相互作用，如凝集素或LRR類的域（富含亮氨酸重 復）蛋白質(zhì)可能在細胞壁中發(fā)揮重要作用。 事實上，三個凝集素被發(fā)現(xiàn)，在所有

21、細胞壁的蛋白質(zhì)組討論，在這里，重要的是自我碳水化合物識別在植物細胞壁的非自治的交互。 該研究提供了有趣的證據(jù)受精卵分泌（ZSP的 萊茵衣，其中有兩個凝集素和蛋白質(zhì)）-2HRGP域51。 作者提出，原ZSP-2糖基結(jié)合，有利于組裝受精卵細胞壁。 因此，凝集素可能是必不可少的組織和多糖基質(zhì)的組裝。 LRR類含蛋白質(zhì)被認為互動其他蛋白質(zhì)。 尤其是，多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（PGIP）以及已其結(jié)構(gòu)特點是：它的結(jié)構(gòu)已經(jīng)建立了X射線晶體學52和真菌多聚半乳糖醛酸酶的差的親和力已經(jīng)涉及到它的LRR類域53。此外，它表明，一些LRR類受體蛋白激酶在重

22、要的角色發(fā)展或抗病53，許多被認為是參加在信號。然而，他們的配體和配體結(jié)合位點的信息，在很大程度上仍然缺乏。氧化還原反應發(fā)揮在開發(fā)過程中以及在植物細胞壁中的許多角色病原體攻擊54-57。 除了 以過氧化物，可能是幾個CWP在這些過程參與。 例如，黃連橋同源（S）網(wǎng)狀：氧氣從 罌粟和小檗 氧化還原酶（BBE的）在細胞壁中被發(fā)現(xiàn)。 古典BBE的定位于液泡，并參與生物堿的合成58。 然而，A.擬南芥蛋白質(zhì)預測是外31，并于最近，分泌煙草的BBE被發(fā)現(xiàn)有葡萄糖氧化酶的活性59。 細胞壁BBE的底物特異性因此，從液泡蛋白質(zhì)的不同。&#

23、160;germins和germin樣蛋白無處不在的植物蛋白構(gòu)成的龐大和多樣化的家庭。 谷物，他們作為密切相關(guān)，半纖維素，草酸氧化酶，合成是其中描述掛在增加細胞壁的可擴展性60。 在幾個雙子germin樣蛋白，這活動無法進行評估。 然而，棉花germin樣蛋白被發(fā)現(xiàn)纖維質(zhì)外體中的積累在細胞伸長61，62。 最后，phytocyanins，我們的數(shù)據(jù)庫中的“雜項”，又稱藍銅蛋白，可能關(guān)聯(lián)，隨著小分子量的化合物，作為電子轉(zhuǎn)移的蛋白質(zhì)氧化還原過程59。 除了 銅結(jié)合域，stellacyanins和uclacyanins有細胞壁結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域，這意味著協(xié)會的可能性其他結(jié)構(gòu)蛋白。新人在細胞壁中的挑戰(zhàn)與未知功能的蛋白質(zhì)是在CWP組的最大挑戰(zhàn)之一。從我們的實驗中，它看來，這些蛋白質(zhì)是細胞的主要組成