人工脂滴的构建和应用研究

Lipid droplet (LD) is a cellular organelle that consists of neutral lipid core and monolayer phospholipid membrane associated with proteins. Finding the organelle from bacteria to humans represents that it is very conservative and may be the first cellular membrane-bound organelle in living organisms. Recent progresses of LD research demonstrate its important role in energy homeostasis and metabolic syndromes. The mechanisms of the organelle formation, dynamics, interaction with other cellular organelles, and association with proteins have remained elusive. In order to build an in vitro system to facilitate study of the mechanisms, we recently reconstitute artificial LDs. First, we generate sphere-shaped structures with neutral lipid core and monolayer phospholipid membrane. To parallel with artificial vesicle liposome, we termed this structure adiposome. We then recruit LD structure-like/resident proteins to the adiposome and named the functional protein-coated adiposome as artificial LD. In applying project, we will reconstitute artificial LDs with different membrane and neutral lipids, as well as several LD structure and functional proteins. We then will study the mechanism of ATGL activation and localization using the artificial LDs. By doing so, we will establish a new method to study LDs for many biological and medical goals.

脂滴是一个储存中性脂质的细胞器。脂滴参与了细胞内脂质储存和代谢的主要调控，所以脂滴与人类的代谢疾病密切相关。但有关它的形成、动态变化、和与其他细胞器的相互作用的分子机制至今还不是很清楚。为了推动脂滴的相关分子机制研究，我们先构建了单层磷脂膜包裹甘油三酯的球状颗粒，对应于双层磷脂膜的脂质体（liposome），我们命名这种单层磷脂膜的结构为脂滴体（adiposome）。又将脂滴骨架蛋白募集到此结构上，使之具有一定生物学功能。命名这种具有一定生物学功能的adiposome为人工脂滴（artificial lipid droplets)。本项目中，我们要进一步完善人工脂滴的构建，包括磷脂和中性脂组成，以及脂滴结构和功能蛋白的募集。我们将利用人工脂滴分别研究甘油三酯水解酶ATGL脂滴定位及活性调控的机制。建立一个细胞器研究的新方法，为揭示脂滴的功能机制奠定基础。

脂滴是单层磷脂膜包裹中性脂核心、表面被覆蛋白的多功能细胞器。脂滴参与脂质的合成、储存、代谢和转运，与人类的代谢疾病密切相关。脂滴的蛋白和脂质组分反映和影响着脂滴的功能，但关于脂滴的形成、动态变化机制并不清楚。本项目通过体外构建人工脂滴系统，并优化磷脂成分和中性脂成分，体外建立了结合不同脂滴蛋白的具有不同功能的人工脂滴及人工脂蛋白。通过利用人工脂滴模拟细胞内脂滴研究了脂滴蛋白的定位及功能，研究了磷脂对ADRP定位脂滴的影响，建立了崭新的脂酶ATGL酶活检测方法，发现了决定ATGL酶活性的重要位点。此外，以人工脂滴为工具，研究了细菌脂滴主要蛋白MLDS脂滴定位及其在保护基因组方面的功能。建立模拟脂蛋白颗粒的人工脂肪体，探索了人工脂肪体作为药物输送系统的可行性。本项目创建的人工脂滴系统为脂滴蛋白功能研究，脂滴动态调控研究奠定了重要基础，并能够为进一步探索人类代谢疾病发生发展的机制提供有力的工具。