Developmental Cell：中心粒蛋白Centrins通过脂滴定位蛋白SPDL1调控鸡视锥细胞的脂滴动态

 研究背景：

从细菌到哺乳动物，脂滴（LDs）都是保守的。LDs由中性脂质核心（通常是甘油三酯（TAG）或固醇酯）组成，表面包裹着嵌有许多蛋白质的磷脂单分子层。LDs可储存过量的脂质，保护细胞免受脂毒性，并为膜合成提供资源。LD表面被许多蛋白质修饰，包括对LD动态很重要的蛋白质，如周脂蛋白（PLINs）、细胞死亡效应家族（CIDEs）中的蛋白质和甘油三酯脂肪酶（ATGL），以及有助于LD功能的蛋白质，如组蛋白等。尽管LD蛋白质组已经在许多模式生物和培养细胞中进行了分析，但更多的LD定位蛋白和LD功能仍有待鉴定。

大多数真核细胞都有LDs。然而，在神经系统中，LDs通常存在于神经胶质中，而不存在于神经元中。神经元LDs在某些疾病条件下或在中性脂酶突变体中发现，并被推测可保护神经元免受神经退行性变的影响。有趣的是，视锥细胞，一种在明亮光线条件下介导光感应的感光细胞，只有一个 LD，位于内页段的顶端区域。视锥细胞LD在许多脊椎动物中都有发现，但在大多数胎盘物种中都不存在。目前尚不清楚单个LD是如何形成的，其顶端位置是如何确定的，以及为什么它只存在于某些物种的视锥细胞中。

研究人员使用体外和离体培养系统来探索鸡锥细胞LDs的动态调节。发现与体内生长和离体培养的视锥细胞类似，几乎所有体外培养的视锥细胞都含有单个LD。脂质组学分析表明，TAG是鸡视锥细胞LDs中主要的中性脂质。ATGL是LDs中TAG水解的限速酶，而DGAT（二酰基甘油O-酰基转移酶）是TAG合成的关键酶。ATGL过表达导致锥细胞中LD的丢失，而DGAT2功能的丧失减小了LD的大小。某些物种的视锥细胞中缺乏可检测的LD可能是因为其视锥细胞的脂肪生成活性低或脂肪分解活性高。

鸡视锥细胞的脂滴

接着，研究人员探究了单个 LD 如何在视锥细胞中形成。发现CIDEA 介导的 LD 融合产生单个视锥细胞 LD。由于LD沿着微管移动，通过微管聚合抑制剂处理，证实破坏微管会减慢鸡视锥体细胞中 LD 融合的速度。因此，单个视锥细胞LD的形成也依赖于微管。为了确定更多影响视锥细胞 LD 动态的调节因子，研究人员对从视锥细胞中分离出 的LD进行了蛋白质组学分析。LD蛋白质组中有许多微管马达，包括正端驱动蛋白和负端驱动蛋白，这与LD可能在视锥细胞中沿着微管运输的观点一致。LD蛋白质组包含许多位于微管负端的微管组织中心（MTOC）蛋白，表明视锥细胞 LD 可能与微管的负端相关。

CIDEA和微管促进鸡视锥细胞中单个LD的形成

研究人员意外地发现，CETN3（鸡中心粒蛋白Centrins家族的三个成员之一）不仅定位于中心粒，而且可能定位于LD。通过抗中心粒蛋白抗体检测内源性中心蛋白在视锥细胞中的定位，与过表达结果一致，证实Centrins不仅定位于中心粒，而且定位于视锥细胞的LD。Centrins有四个钙结合的EF-hand结构域。研究人员根据EF-hand结构域的位置生成了一系列截断蛋白。定位分析表明，Centrins的 C- 末端 EF-hand 钙结合结构域有助于它们靶向视锥细胞 LD。

Centrins可能在其它LD蛋白的帮助下间接靶向LD。研究人员应用邻近依赖性生物素鉴定（BioID）方法和质谱（MS）分析，发现SPDL1可能调节视锥细胞LD上的Centrins定位。在许多物种中存在两种SPDL1亚型，一种是研究充分的短亚型SPDL1-S，另一种是以前未鉴定的长亚型，预计在鸡中具有626个氨基酸（命名为SPDL1-L）。在SPDL1-L的C末端区域有一个预测的跨膜（TM）结构域，但在SPDL1-S中没有。这增加了SPDL1-L与LDs结合的可能性。研究人员证实，SPDL1-L是一种LD蛋白，是鸡视锥细胞LD上Centrins定位所必需的。SPDL1-L将Centrins募集到LD上，并调节LD在锥细胞中的顶端位置。

在SPDL1的帮助下，Centrins定位到LD

最后，为了研究多房LDs和误定位LDs是否会改变视锥细胞的光谱灵敏度，研究人员使用有限差分时域（FDTD）方法来计算电磁场的分布，并模拟野生型（WT）视锥细胞和两种突变体M1和M2中的光传播。M1 是具有错误定位 LD 的视锥细胞，M2 是具有多个 LDs 的视锥细胞。模拟实验表明，多房LDs和错误定位的LDs都会改变视锥细胞的光敏感性。

LDs的位置和数量影响锥细胞中的透光率和颜色敏感性

综上所述，该研究揭示了Centrins、微管和LD蛋白协同调节鸡视锥细胞中LD动态的机制，LDs的定位和数量对视锥细胞的感光性很重要。