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刘平生团队鉴定系列由非编码RNA翻译的全新脂滴蛋白,为脂滴蛋白研究打开新窗口

日期:2020-10-15  浏览次数:966

来源:BioArt

脂滴(lipid droplet,LD)是一种由单层磷脂膜及外周蛋白包被中性脂核心的细胞器,存在于细菌到人类几乎所有的细胞中。脂滴最开始只被认为是“惰性的”中性脂贮存场所,近20年研究表明脂滴参与许多重要的生物学过程,如脂质转运与代谢、蛋白贮存与降解、核酸稳定性的调控等。由于脂滴的动态变化及调控直接影响脂质异位储存,所以脂滴及其变化与人类代谢性疾病的发生发展有着十分密切的关系【1】


因此,脂滴研究发展迅速,从2004年每年平均150篇研究论文到现在每年1200多篇,越来越多地引起了科学家们的注意和研究兴趣。不同于其它细胞器,脂滴具有单层磷脂膜及中性脂核心,外周覆盖有脂滴蛋白。这些蛋白是行使脂滴生物学功能最为重要的执行者。因此,研究脂滴功能,必须先揭示脂滴相关蛋白。从2004年第一篇动物脂滴纯化及蛋白质组学研究开始【2】,结合日趋完善的脂滴纯化方法和蛋白质组分析技术【3】,至今已经有近百篇各种物种脂滴蛋白组学相关文章发表,数百种脂滴蛋白被鉴定【4】。尽管如此,揭示脂滴动态变化的调控机制仍然困难重重,表明一些脂滴重要蛋白被现有蛋白组学方法忽略了。

 

现在已知2万多个基因被认为具有编码蛋白的能力,但这仅占人类基因组约1.5%。随着测序技术及生物信息方法的高速发展,许多过去被注释为非编码的RNA,被揭示也可能具有编码蛋白的能力。事实上,目前已发现了数十个蛋白是由过去被认为不翻译的基因编码。这些蛋白定位于内质网、线粒体、溶酶体等不同的细胞器,在多个生物学过程中发挥着重要的作用【5】。而脂滴上是否存在由非编码RNA编码的蛋白仍然未知。

 

近日,Science Bulletin在线发表了题为“Identification of noncoding RNA-encoded proteins on lipid droplets”的研究论文黄婷为第一作者,刘平生张淑妍为通讯作者)首次打破传统的脂滴蛋白质组研究模式,利用一种崭新的蛋白质组研究思路,在骨骼肌细胞中鉴定到一些由非编码RNA翻译的全新脂滴蛋白,并发现其中一个蛋白能够调控脂滴的形态,并影响骨骼肌细胞甘油三酯的贮存及胰岛素灵敏性(如下图)



因此,研究人员将骨骼肌细胞C2C12的脂滴进行了分离纯化,并对脂滴纯度进行了验证。进一步对脂滴上的小分子量蛋白进行富集。不同于传统的蛋白组研究方法,研究人员建立了新的数据库——由被注释为非编码RNA编码的蛋白构建的数据库(来源于525,792个可能翻译蛋白的读码框),然后用这个数据库检索蛋白质谱分析谱图来进行蛋白鉴定。利用这一方法,发现了15个非编码RNA翻译的蛋白,命名为LDANPs(LD-associated noncoding RNA-encoded proteins)。这15个蛋白是以前没有报道过的蛋白。研究人员进一步对LDANP1的定位及功能进行了探索。利用免疫荧光、细胞组分分离、和免疫电镜等技术方法,研究人员确认了LDANP1确实定位在脂滴上。进而利用CRISPR/Cas9技术,C端敲入FLAG标签,证明了LDANP1的内源性表达。脂滴功能研究发现,不饱和脂肪酸油酸处理的条件下,骨骼肌细胞中LDANP1能够影响甘油三酯的贮存,过表达LDANP1能够使骨骼肌细胞中脂滴数目减少、尺寸变大,并可能通过引起内质网应激影响胰岛素信号。

 

如果说现行的蛋白质组学方法曾经为脂滴生物学研究打开了一扇门,那么这个以崭新思路和方法进行脂滴蛋白质组的分析,就为脂滴蛋白研究打开了一扇窗。非编码RNA来源的蛋白在脂滴上的发现,能够为脂滴生物学,以及脂质代谢和代谢疾病的研究,提供新的思路及方向。真可谓“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

 

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.scib.2020.09.022



参考文献



1. Xu, S., Zhang, X., Liu, P., 2018. Lipid droplet proteins and metabolic diseases. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 1864(5 Pt B):1968-1983.

2. Liu, P., Ying, Y., Zhao, Y., Mundy, D.I., Zhu, M., Anderson, R.G., 2004. Chinese hamster ovary K2 cell lipid droplets appear to be metabolic organelles involved in membrane traffic. Journal of Biological Chemistry 279(5):3787-3792.

3. Ding, Y., Zhang, S., Yang, L., Na, H., Zhang, P., Zhang, H., et al., 2013. Isolating lipid droplets from multiple species. Nature Protocols 8(1):43-51.

4. Zhang, C., Liu, P., 2019. The New Face of the Lipid Droplet: Lipid Droplet Proteins. Proteomics 19(10):e1700223.

5. Makarewich, C.A., Olson, E.N., 2017. Mining for Micropeptides. Trends in Cell Biology 27(9):685-696.