科學家揭示SPDL1-L的脂滴定位，成功打造脂滴研究新系統

脂滴是細胞中儲存中性脂的細胞器。脂滴的動態變化，不僅與肥胖、糖尿病、脂肪肝等多種代謝疾病密切相關。近年來，有研究還發現脂滴與神經退行性疾病有着密切聯繫。

正常情況之下，神經系統中的脂滴常常出現在膠質細胞中，並不會出現在神經細胞裡。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所實驗室前期在模式生物線蟲中的研究發現：神經細胞會將多餘的多不飽和脂肪酸，在脂滴中儲存起來，這對於抵抗神經退行性疾病具有保護作用。

那麼，是否所有神經細胞在正常情況下都沒有脂滴？他們查閱了大量文獻和書籍，發現鳥類的視錐細胞作爲一種神經細胞，在正常情況下依舊存在脂滴。

與其他細胞中的脂滴相比，視錐細胞中有且只有一個脂滴，並且只定位在視錐細胞內段的頂端。從進化角度來看，並不是所有物種的視錐細胞中都存在脂滴。

視錐細胞中的脂滴在進化上經歷了出現無色脂滴、產生多色脂滴、脂滴消失幾個階段。因此，目前有些物種的視錐細胞存在多色脂滴，有些存在無色脂滴，有些物種的視錐細胞根本沒有脂滴。

有研究猜測，在進化上視錐細胞脂滴的變化可能與動物生活習性的改變有關。

但是，視錐細胞中脂滴是如何產生的？如何形成單個脂滴？以及脂滴的動態調控對視錐細胞功能有何影響？這些問題人們依舊不清楚。

爲了解答上述問題，該團隊以雞爲模式動物，建立了視網膜的體外組織培養和細胞體外培養系統，來研究視錐細胞中的脂滴。

他們通過 CRISPR 基因編輯技術和質粒電轉技術來操縱基因表達，利用微管抑制劑阻礙微管聚合，確定視錐細胞單個脂滴的形成需要促脂滴融合蛋白 CIDEA 和微管的參與。

此外，結合脂滴的蛋白質組分析他們發現：中心粒蛋白 Centrin 在視錐細胞中，除了能定位在中心粒上之外，還能定位在脂滴上。

而且，中心粒蛋白 Centrin 是通過一個脂滴蛋白 SPDL1-L（長 isoform）間接定位到脂滴上。其中，SPDL1 是一個着絲粒和紡錘體定位蛋白，會參與到細胞的分裂過程。

以往研究都是聚焦於 SPDL1-S（短 isoform），而本次研究則首次揭示了 SPDL1-L 的脂滴定位。通過進一步驗證蛋白質的功能，他們發現 Centrin-SPDL1-L 可以幫助脂滴定位在視錐細胞內段的頂端。總體來說，這些實驗從分子層面首次揭示了視錐細胞中脂滴動態的調控機制。

爲了進一步探究脂滴動態對於視錐細胞功能的影響，他們利用有限差分時域法（FDTD，Finite-Difference Time-Domain）模擬了脂滴數目或位置發生變化之後，光在對應視錐細胞中的傳播情況，藉此發現針對脂滴數目和位置加以精確調控，可以影響視錐細胞的感光能力。

圖 | （來源：資料圖）

據介紹，由於該實驗室以前沒有以雞爲模式動物進行過研究。因此，定下課題之後他們首先需要建立穩定的研究系統。

然後，通過查閱文獻和實驗反饋，他們不斷提出猜想並進行驗證。這是一個試錯比較多的階段，也是不斷出現瓶頸突破瓶頸的階段。

不過，也正是在這個階段發現了論文亮點即 Centrin 定位在脂滴上，藉此搭建了論文框架。

後來，他們進一步豐富和細化研究結果，以讓研究結論更有說服力，並讓論文內容也更加有血有肉。

接着，在合作者的幫助之下，他們闡明瞭本次發現在生理上可能的影響，讓研究意義加以進一步確定。

事實上，本次課題也曾進入瓶頸期。那時，他們做了很多實驗，結果都是陰性，讓人非常沮喪和迷茫。

對於一開始所設計的實驗，他們本來只想查看脂滴的定位情況，至於查看 Centrin 的定位只是想做個參照。

但是，在觀察實驗結果過程中，他們偶然發現了 Centrin 的脂滴定位（這裡離不開對科學的好奇心），因此纔有了後續的研究。

而爲了發現“幫助 Centrin 脂滴定位在蛋白 SPDL1-L 上的過程”也讓人很難忘。課題組表示：“爲了找到這個蛋白，我們前前後後嘗試了很多辦法，包括各種條件的 IP-MS、酵母雙雜交實驗等。並對所找到的候選蛋白進行各種驗證，結果都不是要找的蛋白。”

後來，他們嘗試使用 BioID-MS 分析技術，才找到 SPDL1。 SPDL1 被預測表達的蛋白有兩個，以往的研究都是圍繞着短 isoform 的 SPDL1-S 開展，長 isoform 的 SPDL1-L 此前尚未被報道過。

加之第一次 SPDL1-L 沒有被克隆出來，這讓他們差點錯失了發現 SPDL1-L 的機會。不過，正是憑藉細心和堅持，他們終於還是發現了 SPDL1-L。

日前，相關論文以《Centrins 通過脂滴定位的 SPDL1 控制雞錐細胞脂滴動力學》（）爲題發在 Developmental Cell[1]，潘慧敏是第一作者，擔任通訊作者。其中，兩位審稿人高度稱讚了使用雞視錐細胞所建立的脂滴研究新系統。

圖 | 相關論文（來源：Developmental Cell）

總的來看，本次研究揭示了 CETN-SPDL1-L 調控視錐細胞脂滴的定位。但是，這一系列的研究依舊處於基礎研究階段，對於相關功能還需要進一步在動物中進行在體驗證。

鑑於脂滴在視錐細胞中可能參與顏色分辨，再結合此次發現的脂滴數目和定位對於顏色分辨的重要性，因此他們也很好奇如果在視錐細胞沒有脂滴的動物中，讓其視錐細胞中出現脂滴，是否會對動物分辨顏色產生影響？

同時，CETN-SPDL1-L 到底如何幫助脂滴錨定在細胞頂端的？這依然是一個問號。

此外，CETN 與 SPDL1-L 是如何互作的？已有結果暗示有其他因子參與了 CETN 與 SPDL1-L 的互作。那麼，其他因子是什麼？這也需要進一步的探索。

除此以外，他們還發現 SPDL1-L 可以定位到脂滴上。但是，在其他系統中，SPDL1-L 的脂滴定位到底有何作用？這些都需要進一步的研究。

參考資料：

1.Pan, H., Qin, Y., Zhu, J., Wang, W., Liu, Z., Huang, X., ... & Huang, X. (2023). Centrins control chicken cone cell lipid droplet dynamics through lipid-droplet-localized SPDL1. Developmental Cell.

運營/排版：何晨龍

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