细胞质膜（Plasma Membrane, PM）上受体、转运体和通道蛋白的稳态平衡对于植物生长发育、细胞间通信和环境感知等方面至关重要。在植物囊泡运输过程中，细胞质膜蛋白可通过液泡降解和再循环途径来维持膜蛋白的动态平衡。其中，内体分选转运复合体（Endosomal Sorting Complex Required For Transport，ESCRT）主要负责质膜蛋白的分选，经过多囊泡体/液泡前体（Multivesicular Body/Prevacuolar Compartment，MVB/PVC）进入液泡降解。此外，质膜蛋白还可以通过逆转运复合体（Retromer）循环回质膜。这些过程的缺陷可导致细胞功能异常和蛋白质异常积累。其中关键的科学问题是ESCRT复合体如何精确组装并被适时招募至内体膜上，特别是植物中调控该复合体组装和内体定位的因子更是知之甚少。
2023年8月30日，香港中文大学姜里文课题组和浙农林沈锦波课题组联合国内外多个研究团队在国际知名学术期刊The Plant Cell在线发表了题为“The plant-unique protein DRIF1 coordinates with SNX1 to regulate membrane protein homeostasis”的研究论文，揭示了植物特有蛋白DRIF1与逆转运复合体组分SNX1蛋白相互协作，在协调 FREE1 介导的多囊泡体/液泡前体中腔内小泡（intraluminal vesicles, ILVs）的形成以及膜蛋白液泡分选降解过程中发挥功能。

     此前，该研究小组鉴定了拟南芥中一种植物特有的运输所需的内体分选转运复合体（ESCRT）蛋白，名为FREE1（FYVE domain protein required for endosomal sorting 1）。FREE1在植物细胞中具有多种功能，如调节细胞器的生物发生和膜蛋白的液泡降解。通过对 FREE1-RNAi 突变体的正向遗传筛选，该研究小组发现并鉴定了抑制FREE1的突变体（suppressor of free1, sof），其突变基因分别为作为 FREE1 抑制因子的BRo1结构域蛋白BRAF（Shen et al., 2018, Nature Communications）和 RST1（Zhao et al., 2019, Plant Cell）。

图1. drif1 drif2 突变体的胚胎停滞在球形期

 在该研究中，研究人员进一步鉴定了两个名为 sof10 和 sof641 的突变体。在这两个突变体中，含DEAH和RING结构域的FREE1抑制因子1（DRIF1）蛋白发生了提前终止或错义突变。DRIF1在拟南芥基因组中有同源基因DRIF2。研究人员发现，drif1 drif2的胚胎发育在球形期停滞，证实DRIF1 和DRIF2 对拟南芥胚胎发育至关重要（图1）。

图2. 电子断层扫描（ET）分析显示drif1 drif2 突变体胚胎中MVB数量显著增加，且DRIF1 和 DRIF2 蛋白的功能障碍影响PIN蛋白的再循环和降解。

     通过电子断层扫描分析发现，与野生型相比，在 drif1 drif2 的胚胎细胞中观察到增大的MVB，且ILV的数量增加（图2A）。此外，DRIF1 作为膜相关蛋白，可与Rretromer组分SNX1（sorting nexin 1）相互作用，以调节生长素转运蛋白PIN（PIN-FORMED）的循环（图2B）。
    总之，该研究综合细胞与分子生物学、生物化学和遗传学方法，运用活细胞成像、透射电子显微和三维断层扫描等技术，揭示了植物特有的DRIF1蛋白作为SNX1的互作因子，协同调节 FREE1 介导的多囊泡体（MVBs）中腔内小泡（ILVs）的形成，参与膜蛋白液泡分选降解及其循环途径，最终对植物的生长发育至关重要（图3）。

图3. DRIF 蛋白调节膜蛋白循环和降解的工作模型。

 论文第一作者为香港中文大学的朱莹博士，浙江农林大学的沈锦波教授和香港中文大学的姜里文教授为该论文的共同通讯作者。华东师范大学的赵琼教授，浙江农林大学的曹文瀚副教授，华南植物园的黄淑贤助理研究员，香港中文大学的季昶阳博士，张文欣博士，德国亚琛工业大学的Marco Trujillo教授均对该研究做出贡献。该项目得到香港研究资助局，香港中文大学研究委员会，中科院-裘槎联合实验室资助计划，国家自然科学基金，浙江省自然科学基金，德国联邦政府海森堡计划等多项基金资助。
 
论文连接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad227