The Plant Cell：姜里文团队揭示FREE1 调节过氧化物酶体介导的拟南芥幼苗萌发过程中脂滴的降解
2022年7月，香港中文大学等单位的相关研究人员在《The Plant Cell》（IF: 12.1）上发表了题为“The plant ESCRT component FREE1 regulates peroxisome-mediated turnover of lipid droplets in germinating Arabidopsis seedlings”的研究论文，揭示植物特有的内体分选复合物 (ESCRT) 组分FYVE 结构域蛋白所需的内体分选 1 (FREE1) 通过与过氧化物酶11e（PEX11e）和甘油三酯脂肪酶SDP1相互作用来调节过氧化物酶体小管并将SDP1靶向于脂滴，从而介导萌发幼苗中的脂滴降解。
过氧化物酶体管状结构和向脂滴的迁移在内体分选复合物 (ESCRT) 组分 FYVE 结构域蛋白所需的内体分选 1 (FREE1) 突变体中存在缺陷。
FREE1 直接与过氧化物酶11e（PEX11e）和 甘油三酯脂肪酶SDP1的两亲螺旋 (AH) 基序特异性相互作用，介导脂滴降解。
在种子植物中，脂滴（LD）是提供能量和必需的脂质衍生分子的主要储存器，支持幼苗在萌发期间的生长和在环境胁迫下的生存。在植物中，甘油三酯 (TAG) 是LD中主要的中性储存脂质。 在维管植物中，过氧化物酶体（PEX）定位的脂肪酶SDP1已被证明在调节LD代谢中起主要作用，而逆转录酶和内体分选复合物 (ESCRT) IIII 组分分别通过调节拟南芥中的过氧化物酶体延伸和过氧化物酶体内膜形成在LD代谢中发挥作用。然而，过氧化物酶体定位的SDP1如何运输到LD表面进行周转仍然难以捉摸。研究人员先前描述了一种植物独特的ESCRT成分FYVE结构域蛋白所需的内体分选1 (FREE1)，并在内膜系统和自噬中显示出多种功能。
研究人员首先探究了FREE1在调节拟南芥LD降解中可能发挥的作用，证实了与WT相比，free1突变体的萌发幼苗中会积累LDs。为了跟踪SDP1和 PEX11e在发芽幼苗中的命运和动态，研究人员构建了在WT或free1突变体背景中表达GFP-SDP1或mCherry-PEX11e的转基因拟南芥植物。发现与WT不同，GFP-SDP1或mCherry-PEX11e在free1突变体萌发过程中未能形成可见的小管，并且SDP1向LD表面的迁移也受到损害。
研究人员还进行了具有纳米分辨率的电子断层扫描 (ET) 分析，进一步验证了free1突变体中过氧化物酶体小管的这种缺陷，发现过氧化物酶体未能形成小管以吞噬free1突变体中的LD，这与WT中LD 被过氧化物酶体包裹的情况不同。
FREE1调节过氧化物酶体小管的形成和过氧化物酶体包裹的LDs
随后，研究人员进行了生化分析，以探索FREE1、PEX11e和SDP1之间可能的分子联系。拉下（pull-down）和免疫共沉淀 (co-IP) 分析表明，FREE1 直接与PEX11e和SDP1的两亲螺旋 (AH) 基序特异性相互作用，以调节过氧化物酶体管状结构和脂肪酶SDP1向LD的运输。PEX11e不能直接与SDP1相互作用，FREE1可能在LD代谢过程中充当PEX11e和SDP1之间的桥梁。
FREE1与PEX11e和SDP1的交互作用
最后，研究人员测试了FREE1缺失对LDs降解的影响，发现FREE1是发芽幼苗中有效LD代谢所必需的，FREE1的缺失损害了发芽幼苗中LDs的降解。鉴于TAG是储存在LD中的主要中性脂质，研究人员还分析了萌发幼苗中TAG的数量和组成，数据表明脂质动员在free1突变体中受损。
free1突变体萌发幼苗中的TAG分析
总之，该研究揭示了植物特异性ESCRT成分FREE1在过氧化物酶体中的功能，它介导过氧化物酶体管状结构和靶向SDP1以调节发芽幼苗中的LD代谢。在WT幼苗萌发时，FREE1直接与PEX11e和SDP1相互作用，这些相互作用可能调节过氧化物酶体小管的延伸和SDP1向LD表面的运输，以进行TAG 水解以将脂肪酸释放到过氧化物酶体促进幼苗发育。在free1突变体中，过氧化物酶体小管的形成受到阻碍，因此SDP1无法运输到LD表面，导致LD在free1突变体中积累。
FREE1功能介导WT和free1突变体幼苗萌发过程中LD的周转
