CNS前沿文献追踪 – 细胞核内脂滴的形成

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上次的文章我们整理分享的是脂滴内脂肪的分解机制，笔者又找了一下关于脂滴的文章，找到一篇18年的cell，文章作者很牛，两个人就做出了这篇成果，我们来看一下这是一个怎样的故事吧：

机体摄入葡萄糖和脂肪酸后转化为磷脂酸（PA），PA有两个方向可走：转化为甘油三酯（TAG）储存起来或转化为磷脂（PLPs）生成膜结构用于生长。脂滴（LD）是用于储存的细胞器，在内质网（ER）形成，胞浆和细胞核都会出现脂滴，一般认为细胞核内的脂滴是在核外形成而后转运入胞的

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文章作者关注的是贮存，因此把目光放到了PA和DAG，设计了相应的荧光探针，在酿酒酵母上看PA和DAG的分布：未连接NLS段时，探针无法进入细胞核，PA在细胞膜上分布，DAG在液泡膜上分布；连接NLS后探针可进入细胞核，PA分布在整个细胞核，DAG则只定位在核膜上

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 未了更准确的看PA核DAG在核内的定位情况，作者用了双分子荧光互补技术，把荧光蛋白拆成两半，一半连接在定位明确的核蛋白上（Nup60定位在核内膜，Pus1定位在核内），另一半连接在探针上，发现DAG只分布在核内膜上，而PA在整个细胞核都有分布

作者想研究核内脂滴的行为，因此需要脂质代谢往贮存走，为此作者使cds1失活，让PA无法向磷脂（PLPs）生成的通路走，cds1的失活使得酵母对温度敏感，温度升高则生长受抑制

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让通路往贮存走后，作者开始观察PA和脂滴（BODIPY染成绿色），发现在cds1失活的突变型酵母在生长受限的37度条件下细胞核内出现脂滴

活细胞成像捕捉到了脂滴形成的过程，发现核内脂滴是在核膜附近逐渐长大

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用电镜观察，发现核内脂滴定位在核内膜附近

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Cds1失活的突变型虽然在37度条件下观察到了核内脂滴，但此条件下酵母生长受限，说服力不那么强，所以作者又做了另一个触发脂滴形成的模型，野生型酵母指数生长期添加油酸，可诱导脂滴形成，在核内膜附近观察到了脂滴

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 看了核内PA、DAG分布，核内出现脂滴后，还有角色没有上场，那就是脂质代谢酶，作者用双分子荧光互补技术和电镜看一下脂质代谢酶在细胞核的分布情况，发现cds1核dgk1只在核内膜出现，而pah1在整个细胞核内分布

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 前面看的脂质代谢酶调节的是脂质的走向，脂滴是为了贮存，存起来的东西需要调用的话需要脂肪酶进行分解，作者又看了脂肪酶、核内脂滴的定位情况，发现脂肪酶出现在了核内脂滴处。作者很会总结、提炼，很简单的酶类定位，升华了一下，基于此数据给的结论是 – INM（核内膜） is a metabolically active

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lipid territory（领土、版图） capable of generating nLDs

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作者又换诱导核内脂滴形成的模型了：前面用的cds1失活突变型毕竟只能在生长受限的温度下诱导脂滴形成，这回换了思路，在转录层面动手脚影响cds1，搞掉了它的转录因子ino4，发现也能诱导核内脂滴形成

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作者用电镜又进一步看核内脂滴和内膜的关系：脂滴和内膜有接触点，内膜出现外翻，脂滴出现在外翻处附近，作者推测内膜外翻处的脂滴逐步融合形成大脂滴

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内质网上脂滴成熟变大依赖seipin蛋白桥接脂滴和内质网，在核内脂滴电镜图上也看到了桥接点，所以作者打算实际去看一下seipin蛋白

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 双分子荧光互补实验证明seipin蛋白定位在核内膜上，点状分布，脂滴边缘出现了seipin蛋白点，暗示核内脂滴和seipin蛋白也相关

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 敲掉seipin后脂滴和内膜的桥接（红色三角）消失，但内膜外翻还在（红色星号）- 找到了一个调控核内脂滴的蛋白

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 继续挖调控脂滴的蛋白，已知的胞浆脂质代谢在转录层面还受opi1调节，结构角度看opi1，其上Q2结构域结合PA，FFAT结构域结合内质网或核外膜上的scs2，AID结构域的作用是转录抑制，在敲除ino4诱导脂滴形成的模型种观察到胞浆脂滴、核内脂滴、核膜、内质网空间上关联，作者把目光放到了opi1上，发现平时opi1定位在核膜上，当核内形成脂滴时其分布则发生变化，定位到脂滴，反映出脂滴上PA的高浓度

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为了研究opi1对核内脂滴形成的调控作用，作者把opi1核外“落脚点”scs2敲掉了，进一步为了看不同结构域对核内脂滴形成的贡献，把酵母上opi1也敲掉了，外源表达不同的结构域，通过核内脂滴的尺寸看不同结构域的作用：内源启动子下，表达Q2结构域突变的opi1（无法结合PA）后核内脂滴尺寸变大，外源启动子GPD引起opi1过表达后也促进的核内脂滴形成，过表达Q2突变的opi1后脂滴尺寸进一步增大，作者推测因为无法结合PA，opi1不再被“困”，可更好的发挥对ino2/4的转录抑制作用（进而抑制了cds1），使得脂质代谢往贮存走，实际验证一下，果然，当opi1缺失转录抑制结构域AID后，核内脂滴尺寸显著减小，说明opi1在转录层面调控核内脂滴形成

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来个总图：当脂质代谢贮存和生长平衡时，核内脂滴形成受抑制；当脂质代谢往贮存走时，核内形成脂滴，原本分布在内质网和核外膜的opi1被召集进入细胞核结合到核内脂滴表面的PA上，另外进入细胞核的opi1还会分流到相关基因，转录层面抑制脂质合成

整篇文章读下来感觉是“随心所欲不逾矩”：基本的脂质代谢通路、时空调控研究的已经清楚，作者从脂质代谢两个方向开始分析，设计磷脂酸和甘油二酯的探针观察它们的分布，又设计模型诱导脂滴形成，进行一系列观察，最后联系已知，解析出背后的分子机制 - 尊重已知、利用已知，讲自己的故事，自在、精彩……

Anete R , Alwin K . The Inner Nuclear Membrane Is a Metabolically Active Territory that Generates Nuclear Lipid Droplets[J]. Cell, 2018:S0092867418306597.

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 “研究代谢、肥胖、糖尿病、脂肪肝等的老师可以关注一下，接下来我们还会再有两篇研究脂质代谢的CNS论文分享。”