摘要 Era（Escherichia coli Ras-like protein） 蛋白是一類含有典型的GTPase結(jié)構(gòu)域和Ⅱ型KH結(jié)構(gòu)域的雙結(jié)構(gòu)域的特殊類型的GTP結(jié)合蛋白。Era是細(xì)菌存活必需的，具有多樣的生物學(xué)功能，如細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞自噬、免疫反應(yīng)和核糖體成熟等。Era同源蛋白廣泛存在于動(dòng)植物和人類體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能多樣性近年日益受到關(guān)注。綜述了細(xì)菌Era及其動(dòng)植物同源蛋白的結(jié)構(gòu)、功能和分子作用機(jī)制，闡釋了不同物種Era蛋白的結(jié)構(gòu)和功能的異同，以期為進(jìn)一步深入了解Era蛋白的進(jìn)化特點(diǎn)和生物學(xué)功能提供更多的參考。

關(guān)鍵詞 Era蛋白；結(jié)構(gòu)；生物學(xué)功能

中圖分類號(hào) S184 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）19-0016-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.003

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Advance in the Structure and Function of Era Protein

YANG Ying，F(xiàn)ENG Ying-hui，CHEN Jia-wei et al

（College of Life and Environmental Science，Wenzhou University，Wenzhou，Zhejiang 325035）

Abstract Era （Escherichia coli Ras-like protein） protein is a special type of GTP binding protein with dual domains that contains a typical GTPase domain and a type Ⅱ KH domain.Era is essential for bacterial survival and has various biological functions，such as cell growth and development，apoptosis，autophagy，immune response，and ribosome maturation.Homologous proteins of Era are widely present in animals and plants including humans，and their structural characteristics and functional diversity have received increasing attention in recent years.This article reviews the structure，function，and molecular mechanism of action of bacterial Era and its homologous proteins，and explains the similarities and differences in the structure and function of Era proteins from different species.The review will provides more reference for further understanding the evolutionary characteristics and biological functions of Era proteins.

Key words Era；Structure；Biological function

基金項(xiàng)目 浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LY20C160010）。

作者簡(jiǎn)介 楊瑩（1999—），女，黑龍江木蘭人，碩士研究生，研究方向：植物分子遺傳學(xué)。*通信作者，講師，博士，從事植物分子遺傳學(xué)研究。

收稿日期 2023-11-20

1986年，人們?cè)诖竽c桿菌（Escherichia coli）中首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與酵母Ras類（Rat Sarcoma-like）GTP結(jié)合蛋白（GTP binding protein）同源，含有361個(gè)氨基酸，具有較低的GTP水解活性的蛋白，命名為大腸桿菌Ras類蛋白（E.coli Ras-like protein，Era）^［1］。隨后研究發(fā)現(xiàn)Era蛋白幾乎存在于所有的細(xì)菌中，是細(xì)菌分裂和存活必需的蛋白，其蛋白序列具有高度的保守性，不同種類的細(xì)菌的Era蛋白可以互補(bǔ)大腸桿菌Era的遺傳功能^［2-6］。細(xì)菌的Era蛋白含有N端的GTPase結(jié)構(gòu)域和C端的Ⅱ型的KH結(jié)構(gòu)域（K homology domain，KH），Era的C端的RNA特異性結(jié)合的KH結(jié)構(gòu)域是區(qū)別于其他GTP結(jié)合蛋白結(jié)構(gòu)的主要特征，這個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)域使Era成為一類新型的GTP結(jié)合蛋白^［7-8］。

近年來(lái)，Era蛋白被發(fā)現(xiàn)普遍存在于古細(xì)菌（Methanococcus 和Pyrococcus）、藍(lán)藻（Synechococcus elongatus PCC 7942）、金魚草（Antirrhinum majus）、擬南芥（Arabidopsis thaliana）、水稻（Oryza sativa）、線蟲（Caenorhabditis elegans）、果蠅（Drosophila melanogaster）、小鼠（Mus musculus）和人類（Homo sapiens）等原核生物和真核生物中，參與細(xì)胞分裂、細(xì)胞凋亡、自噬調(diào)控、碳代謝、脂肪酸代謝和核糖體成熟等廣泛的生物學(xué)過(guò)程^［9-12］。已有研究表明，Era能夠識(shí)別并結(jié)合到16S rRNA的3′端序列，RNA的結(jié)合刺激了Era蛋白的GTP水解活性完成向GDP結(jié)合形式的轉(zhuǎn)換，行使其GTPase活性；Era是核糖體生物合成的因子之一，作為16S rRNA加工和成熟的伴侶，參與核糖體小亞基的組裝^{［8，13］}。隨著Era蛋白及其同源蛋白在原核生物和真核生物的功能解析，人們對(duì)Era蛋白的結(jié)構(gòu)和功能了解逐漸深入。該研究介紹了Era蛋白的系統(tǒng)分類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分子作用方式，著重介紹了Era蛋白在不同物種中的生物學(xué)功能，同時(shí)展望了Era蛋白的未來(lái)研究熱點(diǎn)，旨在為深入了解Era蛋白的生物學(xué)功能提供更多信息和資料。

1 Era在GTP結(jié)合蛋白家族系統(tǒng)分類地位

基于生物體內(nèi)廣泛分布的P-loop GTPases和GTPase相關(guān)蛋白系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，GTP結(jié)合蛋白可以分為兩類：翻譯因子相關(guān)類（translation factor related，TRAFAC），信號(hào)識(shí)別顆粒與MinD及BioD類（signal recognition particle and the MinD and BioD，SIMIBI）。這兩個(gè)大類由8個(gè)超家族（superfamily）構(gòu)成，含有超過(guò)20個(gè)不同的家族（family），包括57個(gè)亞家族（subfamily）^［12］。SIMIBI類GTP結(jié)合蛋白包括信號(hào)識(shí)別粒子（signal recognition particle，SRP）和信號(hào)受體（signal receptor，SR）蛋白，主要參與蛋白定位、染色體分區(qū)、膜運(yùn)輸和代謝過(guò)程。TRAFAC類GTP結(jié)合蛋白包括翻譯因子（translation factors）、異源三聚體G蛋白（heterotrimeric G proteins）、Ras蛋白、隔膜蛋白（leptins）和動(dòng)力蛋白（dynamin）^［14］。TRAFAC類GTP結(jié)合蛋白主要參與翻譯、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。TRAFAC類GTP結(jié)合蛋白分為5個(gè)超家族，分別是翻譯因子類超家族（translation factor superfamily）、TEES類超家族（TrmE-Era-EngA-YihA-Septin like superfamily，TEES superfamily）、OBG-HflX超家族（OBG-HflX superfamily）、Ras-like超家族（Ras-like superfamily）和肌球蛋白-驅(qū)動(dòng)蛋白超家族（Myosin-kinesin superfamily）。TEES超家族蛋白包含TrmE、FeoB、YihA、Era、EngA和Septin 6個(gè)蛋白家族，Era蛋白屬于TEES超家族蛋白之一^［12］。

2 Era蛋白及其同源蛋白結(jié)構(gòu)特征

2.1 Era蛋白的結(jié)構(gòu)特征

生物體內(nèi)GTP結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)識(shí)別特征是5個(gè)保守的特征基序（motif），包括G1～G5 5個(gè)結(jié)合基序（含PM1-3磷酸鹽結(jié)合基序和金屬離子結(jié)合基序）。G1/PM1基序是P-loop基序，含有特征性的G-GKS/T序列（稱為Walker A motif）^［15-16］。G2/PM2基序含有一個(gè)Thr保守位點(diǎn)，G3/PM3基序保守序列是DxxG，G4基序保守序列是N/TKxD，G5基序保守序列是SAK。GTP結(jié)合蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由6個(gè)β折疊和5個(gè)α螺旋組成^［8］。

Era蛋白雖然屬于GTP結(jié)合蛋白家族，但其結(jié)構(gòu)與GTP結(jié)合蛋白有較大區(qū)別。已有研究表明，細(xì)菌Era蛋白是一個(gè)N端含有GTPase結(jié)構(gòu)域和C端含有Ⅱ型KH結(jié)構(gòu)域的雙結(jié)構(gòu)域蛋白。細(xì)菌Era蛋白N端的GTPase結(jié)構(gòu)域含有4個(gè)保守基序（G1～G4 motif），其中G1的特征基序是GRPNVGKS，G2的特征基序是I-S-K-GTTR，G3的特征基序是DTPG-H，G4的特征基序是VNKVD。細(xì)菌Era蛋白C端含有Ⅱ型KH結(jié)構(gòu)域，含有4個(gè)特征基序（Box A～D），Box A的基序是E-IRE，Box B的基序是E-P-S-V-IE，Box C的基序是QK-VIG-G，Box D的基序是VKV-W^{［6，17］}。

Era蛋白晶體結(jié)構(gòu)研究證實(shí)：Era蛋白的GTPase結(jié)構(gòu)域由中央的6個(gè)β折疊和兩側(cè)的5個(gè)α螺旋構(gòu)成，GTP結(jié)合位點(diǎn)位于其中，GTPase結(jié)構(gòu)域的2個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)域（switch regions I和Ⅱ）與GNP（non-hydrolyzable GTP analog GDPNP）相連接；Era蛋白的KH結(jié)構(gòu)域由3個(gè)β折疊和3個(gè)α螺旋構(gòu)成的αββααβ的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)典型Ⅱ型的KH結(jié)構(gòu)域特征，折疊成三層的α-β-α“三明治”結(jié)構(gòu)，表面有一個(gè)RNA結(jié)合槽，KH結(jié)構(gòu)域的GXXG環(huán)（α7-α8）和可變環(huán)（β7-β8）與RNA綁定。GTPase結(jié)構(gòu)域和KH結(jié)構(gòu)域由17個(gè)氨基酸的連接體（linker）連接，長(zhǎng)度對(duì)于核糖體的生物合成是重要的^［8］。

2.2 植物和動(dòng)物中Era同源蛋白的結(jié)構(gòu)特征

已有研究表明，細(xì)菌的Era蛋白的同源蛋白也存在于動(dòng)植物和人類中，植物體內(nèi)Era的同源蛋白稱為ERG（Era-related GTPase），動(dòng)物體內(nèi)的Era的同源蛋白稱為ERA（大寫字母區(qū)別于細(xì)菌的Era），人類的Era的同源蛋白用ERAL1（Era G-protein-like 1）表示^{［10，18-22］}。

Cheng等^［20］對(duì)具有代表性的14個(gè)物種植物的21個(gè)與Era同源的蛋白進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)21個(gè)Era的同源蛋白可以分為4個(gè)進(jìn)化分枝（clade），其中與細(xì)菌的Era蛋白親緣關(guān)系最近的2個(gè)植物Era同源蛋白為葉綠體定位的擬南芥AtERG1（At5g66470）和水稻OsERG1（Os05g39220）。為了明確植物ERG1蛋白的結(jié)構(gòu)域特征，筆者利用Phytozome數(shù)據(jù)庫(kù)同源搜索了與Era、AtERG1和OsERG1蛋白同源的代表性植物大豆（Glycine max）、棉花（Gossypium herbaceum）、煙草（Nicotiana tabacum）、白菜（Brassica rapa）、玉米（Zea mays）、小麥（Triticum aestivum）、高粱（Sorghum bicolor）、萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的同源蛋白，這些代表性的植物ERG1蛋白結(jié)構(gòu)域特征分析結(jié)果顯示，無(wú)論是低等植物還是高等植物的ERG1蛋白，均含有GTPase結(jié)構(gòu)域和Ⅱ型的KH結(jié)構(gòu)域。進(jìn)一步，利用基于氨基酸序列的多序列比對(duì)工具分別對(duì)植物ERG1蛋白的2個(gè)結(jié)構(gòu)域的特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：植物ERG1蛋白的GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域也含有與細(xì)菌Era類似的GTPase結(jié)構(gòu)域結(jié)合活性必需的G1（GK/RPNV/VGKSTL），G2（KPQTTR）和G3（DTPGVI）3個(gè)保守性基序；植物ERG1蛋白的Ⅱ型KH結(jié)構(gòu)域與細(xì)菌的KH結(jié)構(gòu)域不同，含有特殊的KH結(jié)構(gòu)域保守序列（KH domain conserved sequence，KHC） I/L/V-I/L-G-XX-G-X2-I/L（圖1、2）。

細(xì)菌Era的同源蛋白也存在于動(dòng)物和人類（H.sapiens）中。代表性的動(dòng)物Era同源蛋白（小鼠、果蠅和斑馬魚）和人的ERAL1氨基酸多序列比對(duì)顯示，動(dòng)物的ERA存在與細(xì)菌Era蛋白類似的G1～G4 4個(gè)GTP結(jié)合必需的保守位點(diǎn)和KHC結(jié)構(gòu)域保守序列（圖3）。Era蛋白在植物和動(dòng)物中的高度保守性，暗示著其功能的重要性^{［19-20，23］}。

3 Era蛋白的分子作用機(jī)制

細(xì)菌的Era蛋白是1個(gè)雙結(jié)構(gòu)域蛋白，其分子作用機(jī)制和2個(gè)結(jié)構(gòu)域（GTPase結(jié)構(gòu)域和KH結(jié)構(gòu)域）的功能密切相關(guān)。大量的研究已經(jīng)證實(shí)，體外純化的Era能執(zhí)行鳥苷酸結(jié)合和交換能力，具有GTP水解酶活性^［23］，Era蛋白的分子作用機(jī)制與GTP結(jié)合蛋白的作用機(jī)制類似，主要是通過(guò)與GDP結(jié)合的非活性態(tài)和與GTP結(jié)合的激活態(tài)的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，Era蛋白發(fā)揮功能需要RNA參與并激活其功能。Era可以識(shí)別16S rRNA 3′端的10個(gè)核苷酸（GAUCACCUCC）并和螺旋h45（helix 45，核苷酸1506～1529）結(jié)合，是細(xì)菌16S rRNA加工和30S核糖體成熟必需的^［8］。因此，Era參與生理活動(dòng)過(guò)程的分子作用機(jī)制主要發(fā)生在核糖體生物合成的代謝過(guò)程中^［24］，其分子作用機(jī)制如下：自由狀態(tài)的含GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域和KH結(jié)構(gòu)域的Era蛋白，與GTP結(jié)合后，形成Era-GTP二元復(fù)合體，構(gòu)象發(fā)生劇烈變化，暴露出RNA結(jié)合位點(diǎn)，Era蛋白識(shí)別GAUCACCUCC序列，Era-GTP二元復(fù)合體與前體16S rRNA（pre-16S rRNA）結(jié)合，形成Era-GTP-pre-30S三元復(fù)合體；Era蛋白對(duì)特定RNA序列的識(shí)別，激活了Era蛋白的GTPase酶活性，也促使RNase E、RNase G和未知的RNase完成對(duì)16S rRNA的最終加工和成熟；隨著30S核糖體亞基的成熟和GTP水解為GDP釋放磷酸功能的完成，促使Era蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，Era-GDP二元復(fù)合體與成熟的30S核糖體亞基分離；成熟的30S核糖體亞基進(jìn)入翻譯的起始，Era-GDP二元復(fù)合體釋放GDP，Era恢復(fù)自由狀態(tài)，進(jìn)入下一個(gè)功能周期。在此過(guò)程中，GDP的釋放不需要鳥苷酸交換因子（guanine nucleotide exchange factor，GEF）的參與，這也是區(qū)別于其他GTP結(jié)合蛋白（如Ras蛋白）的顯著特征。另外，在Era執(zhí)行功能期間，金屬離子Mg²⁺能加速其與鳥苷酸的結(jié)合速率^［8］。

4 Era蛋白及其同源蛋白的生物學(xué)功能

Era蛋白是最早發(fā)現(xiàn)于原核生物，且廣泛存在于生物三域系統(tǒng)中的一類獨(dú)特的GTP結(jié)合蛋白，大量的科學(xué)研究已證實(shí)，其執(zhí)行多種生物學(xué)功能，參與廣泛的生物學(xué)過(guò)程（表1）。

4.1 原核生物Era蛋白的生物學(xué)功能

原核生物高度保守的Era蛋白是細(xì)菌體內(nèi)鑒定到的第一個(gè)小的Ras-like GTP結(jié)合蛋白，具有弱的GTPase活性^［1，34］。研究表明，細(xì)菌Era是大腸桿菌生存所必需的GTP結(jié)合蛋白，在細(xì)胞水平調(diào)控大腸桿菌的細(xì)胞周期。Era表達(dá)量降低的大腸桿菌表型為細(xì)胞增長(zhǎng)呈絲狀、擬核數(shù)目增多，細(xì)胞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)2個(gè)或4個(gè)核仁，細(xì)胞分裂異常，細(xì)胞停止在胞質(zhì)分裂期，表明Era可能在染色體分離后，通過(guò)參與胞質(zhì)分裂方式調(diào)控細(xì)胞周期，細(xì)菌Era突變體的表型可能是因?yàn)镋ra的GTPase酶活性降低引起^{［9，34］}。細(xì)菌Era蛋白序列具有高度保守性，枯草芽孢桿菌（B.subtilis）和土拉熱弗朗西斯菌（Francisella tularensis）的Era蛋白可以互補(bǔ)大腸桿菌Era缺失的功能^{［6，27］}?？莶菅挎邨U菌與大腸桿菌Era同源的蛋白，又稱為Bex，其與大腸桿菌Era蛋白具有67%的相似性，bex突變細(xì)胞表現(xiàn)為長(zhǎng)度增加，生長(zhǎng)緩慢，芽孢形成受影響^［27］。

在分子水平上，細(xì)菌 Era 蛋白參與前體16S rRNA的加工和30S核糖體小亞基的組裝與成熟，進(jìn)而影響細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成^{［8，25，35-36］}。已有研究表明，Era表達(dá)降低會(huì)導(dǎo)致16S rRNA前體的積累，對(duì)于其成熟是必須的^［36］。Era蛋白行使遺傳功能時(shí)，先決條件是Era與GTP的結(jié)合，GTP結(jié)合Era后，其KH結(jié)構(gòu)域的序列（VIGxxGxxI）可以結(jié)合前體16S rRNA的3′端的GAUCA序列，Era的結(jié)合可能保護(hù)AUCACCUCC序列在成熟過(guò)程中免受其他未知的RNase的破壞，并可能改變前體16S rRNA的構(gòu)象，有利于其他RNA酶（如KsgA）對(duì)16S rRNA的加工。因此Era被認(rèn)為是16S rRNA加工和成熟的伴侶蛋白^［8］。Era本身的GTPase活性是很低的，在0.01～0.02 mmol/min，當(dāng)結(jié)合前體16S rRNA后，Era的GTPase活性可以提高12倍^［37］。RNA識(shí)別刺激其GTP水解活性和向GDP結(jié)合形式的轉(zhuǎn)換，有利于30S核糖體亞基的組裝^［13］。Era與30S核糖體亞基結(jié)合后，阻礙了前體30S核糖體亞基與S1核糖體蛋白的結(jié)合^［38］，影響SD序列與anti-SD序列的相互作用^［39］，只有在Era釋放后，30S核糖體亞基才有可能啟動(dòng)mRNA的翻譯。因此，Era被認(rèn)為是核糖體組裝和30S核糖體亞基成熟的一個(gè)檢查點(diǎn)蛋白（checkpoint protein）^［24］。

4.2 動(dòng)物ERA蛋白的生物學(xué)功能

已有報(bào)道，Era的同源蛋白存在于動(dòng)物和人類中^{［9，18］}。雞細(xì)胞（DT40）的GbERA（chicken homologue of Era）突變導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，伴隨著凋亡細(xì)胞的積累，GdERA敲除的細(xì)胞，停止在細(xì)胞周期的G1期，表明ERA在動(dòng)物細(xì)胞周期調(diào)控中有著重要的作用^［21］。過(guò)表達(dá)小鼠ERA蛋白時(shí)，鼠細(xì)胞形態(tài)沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，但細(xì)胞生長(zhǎng)加快，G1期細(xì)胞減少，G2/M期細(xì)胞數(shù)量明顯增多，說(shuō)明鼠ERA蛋白可以促進(jìn)細(xì)胞分裂和增殖，促進(jìn)細(xì)胞從G1期向G2/M期的轉(zhuǎn)化^［40］。真核生物ERA對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控顯著區(qū)別于原核生物Era對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控。

人類中與細(xì)菌Era同源的蛋白稱為H-ERA（human homologue of Era）或ERAL1^{［18，22］}。ERAL1早期被鑒定為一個(gè)可以與RNA結(jié)合的細(xì)胞凋亡調(diào)控因子^［18］。后來(lái)，隨著研究的深入，證實(shí)ERAL1參與人體的廣泛的生物學(xué)功能。ERAL1的敲除促使了線粒體超氧化物的產(chǎn)生，降低了線粒體膜電位，抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡^［41］。ERAL1位于線粒體基質(zhì)，綁定到12S rRNA，能直接與DAP3（mitochondrial ribosome protein S29）和EF-Tu （mitochondrial translation elongation factor）互作，參與線粒體28S核糖體小亞基的組裝，影響線粒體核糖體的翻譯^［42］。另外，也有研究表明，敲低ERAL1表達(dá)抑制線粒體蛋白質(zhì)合成并促進(jìn)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，自噬液泡積累的顯著增加，這些表型可以被自噬抑制劑3-MA（3-methyladenine）和ROS（reactive oxygen species）清除劑NAC（N-acetyl cysteine）阻斷^［31］。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體ERAL1蛋白能正調(diào)控RLRs（RIG-I-like receptors）介導(dǎo)的RNA病毒引發(fā)的先天免疫反應(yīng)。在RNA病毒感染過(guò)程中，ERAL1蛋白從線粒體BAX/BAK（BCL2 associated X，apoptosis regulator/Bcl-2 homologous antagonist/killer）孔釋放到細(xì)胞質(zhì)中，胞質(zhì)型ERAL1蛋白能促進(jìn)RIG-1/MDA5（retinoicacid inducible gene-1/melanoma differentiation-associated gene 5）的K63泛素化和激活，并直接與MAVS （mitochondrial antiviral signaling protein）結(jié)合，促進(jìn)MAVS聚合，發(fā)揮先天抗病毒反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)劑作用^［32］。

4.3 植物ERG蛋白的生物學(xué)功能

高等植物存在與Era同源的蛋白ERG，不同物種的ERG具有高度的保守性^［19-20］。植物中ERG蛋白最早被發(fā)現(xiàn)在金魚草（A.majus）中，是第一個(gè)被識(shí)別的植物小G蛋白，氨基酸序列分析顯示金魚草ERG的N端具有線粒體定位信號(hào)，暗示其可能定位于線粒體。金魚草的ERG蛋白序列與大腸桿菌的Era序列具有35%的氨基酸同一性（58%的相似性）。相似性最高的序列區(qū)域包括已知參與GTP/GDP結(jié)合和GTP酶活性的區(qū)域，以及羧基末端KH結(jié)構(gòu)域區(qū)域。金魚草的ERG的遺傳功能分析表明，ERG突變會(huì)導(dǎo)致受精后種子的胚胎和胚乳發(fā)育停止^［10］。水稻（O.sativa）中存在一個(gè)ERG蛋白，命名為WLS6（white stripe leaf 6），wsl6突變體葉片為白色條紋狀，突變體葉綠體形態(tài)異常，類囊體膜結(jié)構(gòu)不完整，葉綠素含量降低，突變體表現(xiàn)為低溫敏感表型。研究證實(shí)，WLS6蛋白定位于葉綠體，可以綁定到30S核糖體亞基的16S rRNA的3′端上，對(duì)于葉綠體核糖體的生物合成是必須的，在水稻幼苗葉綠體早期發(fā)育中起到重要的作用^［19］。

擬南芥基因組中存在2個(gè)ERG蛋白，AtERG1（At5g66470）和AtERG2（At1g30960）^［28］。AtERG1和AtERG2的同源性為26%，兩者均含有Era蛋白的典型結(jié)構(gòu)特征。已有研究表明，AtERG2 基因主要表達(dá)在擬南芥葉脈、蓮座葉表皮毛、成熟花粉和胚珠中。AtERG2 基因突變，導(dǎo)致ROS相關(guān)基因WRKY40、ANAC017和AOX1a以及細(xì)胞死亡相關(guān)基因BAG6（BCL2- associated athanogene）的表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)更高的ROS水平和授粉后胚胎細(xì)胞的程序性（programmed cell death，PCD）。AtERG2蛋白定位于線粒體，依賴于其C末端的KH蛋白結(jié)構(gòu)域序列，綁定到線粒體18S rRNA上，參與線粒體小亞基的成熟。AtERG2基因突變，影響線粒體核糖體成熟和蛋白質(zhì)翻譯，導(dǎo)致aterg2突變體植株的角果和成熟的種子數(shù)量顯著減少，表型特征說(shuō)明AtERG2蛋白對(duì)擬南芥種子發(fā)育的早期階段起著至關(guān)重要的作用^［20］。擬南芥AtERG1定位于葉綠體內(nèi)的擬核區(qū)，結(jié)合其他植物中同源的ERG的功能研究，推測(cè)葉綠體定位的擬南芥AtERG1的功能可能與葉綠體發(fā)育相關(guān)^［43］。

另外，高等植物中還存在著一類特殊的與Era同源的蛋白，這類蛋白的N端含有2個(gè)GTPase結(jié)構(gòu)域，C端與Era相同含有一個(gè)KH-like結(jié)構(gòu)域，命名為DER（double Era-like GTPase）。已有研究表明，本氏煙草（N.benthamiana）的NbDER定位于葉綠體的擬核，擁有GTPase活性，綁定到23S和16S核糖體RNAs上，參與葉綠體50S核糖大亞基組裝成熟。NbDER缺失影響葉綠體核糖體RNAs加工，導(dǎo)致前體rRNAs在葉綠體中積累，影響葉綠體的發(fā)育，導(dǎo)致植株黃化的表型^［44］。近期研究也表明，雙GTPase結(jié)構(gòu)域的Era同源蛋白也存在于擬南芥（AtDER，At3g12080）、水稻（OsDER，XP_015628913.1）和玉米（ZmDER，ACL53683）等其他高等植物中^［20］。

4.4 其他物種Era蛋白的功能

Era蛋白的生物學(xué)功能已經(jīng)在原核生物（大腸桿菌和谷草芽孢桿菌等）和真核生物（植物、動(dòng)物和人）中有了多方面的解析。隨著研究的進(jìn)展，其他生物的Era蛋白功能也逐漸被報(bào)道。Agarwal等^［33］報(bào)道了人類病原體結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis H37R）的Era（Era^MT）的功能，Era^MT蛋白在分枝桿菌中高度保守，是一種細(xì)胞膜定位蛋白，具有關(guān)鍵的GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域，與細(xì)胞壁蛋白相互作用，Era^MT蛋白缺失不影響細(xì)菌的生長(zhǎng)和核糖體的組裝，這表明Era^MT蛋白在分枝桿菌中有著不同于細(xì)菌Era蛋白的遺傳功能。Voshol等^［11］研究聚球藻（S.elongatus PCC 7942）時(shí)發(fā)現(xiàn)，聚球藻Era是細(xì)胞生長(zhǎng)必須基因，Era蛋白參與聚球藻的脂肪酸和碳?xì)浠衔锎x，這表明聚球藻Era可以作為增強(qiáng)脂肪酸和碳?xì)浠衔锂a(chǎn)生的新基因靶標(biāo)，用于進(jìn)一步改進(jìn)生物燃料前體的生產(chǎn)。

5 展望

Era蛋白是廣泛存在于生物體內(nèi)的蛋白，參與生物體內(nèi)多種多樣的生命活動(dòng)過(guò)程，執(zhí)行重要的生物學(xué)功能。原核生物的Era蛋白和真核生物的ERA或ERG蛋白，已經(jīng)證實(shí)其參與核糖體或質(zhì)體（葉綠體、線粒體）核糖體的成熟影響蛋白質(zhì)的翻譯^{［13，19-20，32］}。然而，核糖體的成熟是一個(gè)多因子協(xié)同參與的復(fù)雜過(guò)程。但目前僅有少量的與Era互作的蛋白被鑒定，如Era可以與RNAase YbeY相互作用調(diào)控核糖體的成熟^［45］；ERAL1蛋白可以與線粒體核糖體蛋白S29（mitochondrial ribosome protein S29，DAP3）和線粒體轉(zhuǎn)錄因子A（mitochondrial transcription factor A，TFAM））結(jié)合參與蛋白質(zhì)翻譯^［41］。挖掘、鑒定Era蛋白及同源蛋白的互作因子，對(duì)于揭示其參與的分子生理功能將是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。

另外，有研究顯示，細(xì)菌Era蛋白β2鏈的33ISITSR38序列中的絲氨酸和蘇氨酸可以被磷酸化，點(diǎn)突變蘇氨酸（Thr36Ala）或絲氨酸（Ser37Ala）導(dǎo)致致死突變，說(shuō)明磷酸化對(duì)于細(xì)菌Era蛋白執(zhí)行遺傳功能起到重要作用^［46-47］。但目前真核生物的Era的同源蛋白的磷酸化僅有少量報(bào)道，如AtERG1蛋白的Ser28位點(diǎn)存在磷酸化，AtERG2蛋白的Ser111、112、136位點(diǎn)存在磷酸化^［48］，但這些位點(diǎn)的磷酸化的遺傳學(xué)功能未被試驗(yàn)證實(shí)。在真核生物內(nèi)識(shí)別Era同源蛋白的關(guān)鍵功能性磷酸化位點(diǎn)及其他類型的翻譯后修飾，是Era同源蛋白功能挖掘的另一個(gè)熱點(diǎn)。總之，隨著研究的深入，人們將能更加清晰的解析Era蛋白的分子作用機(jī)制及調(diào)控的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

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