CD36的棕榈酰化修饰对其脂肪酸吸收活性的影响及分子机制

Fatty acid metabolism plays a pivotal role in the maintenance of whole-body metabolic homeostasis. Disturbance in fatty acid metabolism will lead to all sorts of metabolic diseases, including obesity, diabetes and cancers. The uptake of fatty acid across the plasma membrane is the first and key step in fatty acid metabolism. The scavenger receptor CD36 is a major player in fatty acid uptake. CD36 is palmitoylated at both N- and C-terminal Cys residues, but the regulation and significance of such modification remains unknown. The palmitoylating enzymes for CD36 have not been identified yet. To address these issues, we performed preliminary experiments and found that palmitoylation is required for the fatty acid uptake activity of CD36. We further identified the Golgi-localized DHHC4 and plasma-membrane-localized DHHC5 as key palmitoylating enzymes for CD36. Furthermore, palmitoylation is required for the plasma membrane localization of CD36. Therefore, we propose to further characterize how DHHC4 and DHHC5 are required for the palmitoylation and fatty acid uptake activity through biochemical approaches, cell culture and mouse work. We aim to figure out the underlying mechanism of the requirement of palmitoylation for the fatty acid uptake activity of CD36 and to find out the physiological functions of DHHC4 and DHHC5.

脂肪酸代谢在机体的代谢稳态中发挥着重要的作用，很多代谢性疾病的发生都与脂肪酸代谢的紊乱有关。脂肪酸吸收是脂肪酸代谢的第一步，也是关键的调控步骤。清道夫受体CD36是脂肪酸吸收的重要蛋白，CD36会发生棕榈酰化修饰，但是这种修饰的生理意义并不清楚，其棕榈酰化酶也没有报道。针对这些问题，我们进行了预实验，发现棕榈酰化修饰对于CD36的脂肪酸吸收活性是必需的，鉴定了位于高尔基体的DHHC4和质膜的DHHC5是CD36的棕榈酰化酶，并初步证实了CD36的棕榈酰化对其在细胞质膜的定位是必需的。基于以上预实验结果，我们将通过细胞、分子生物学和动物实验进一步研究DHHC4和DHHC5对于CD36棕榈酰化修饰、活性以及亚细胞定位的影响，探究两个不同定位的棕榈酰化酶调控CD36棕榈酰化及活性的作用方式，阐明DHHC4和DHHC5的生理意义，并最终揭示棕榈酰化调控CD36脂肪酸吸收活性的分子机制。

脂肪酸是体内的重要营养物质之一，广泛参与机体多种功能。脂肪酸的跨膜转运是其代谢的第一步，也是关键调控步骤，但是这个过程是如何实现的目前尚不清楚。我们以在脂肪组织等代谢组织的脂肪酸吸收中扮演重要角色的CD36作为对象，详细研究了其调控机制及促进脂肪酸吸收的方式。我们研究发现棕榈酰基转移酶DHHC4和DHHC5能够在两个不同的层次上对CD36的质膜定位和脂肪酸吸收活性进行调控。定位于高尔基体的DHHC4能够棕榈酰化修饰新生的CD36，并将其分选到细胞质膜上；而位于细胞质膜上的DHHC5则能阻止CD36的去棕榈酰化，从而维持其在细胞质膜的定位。无论是缺少DHHC4还是DHHC5，CD36都不能定位在细胞表面，从而丧失脂肪酸吸收的活性。进一步研究发现脂肪酸结合CD36后，能够引起CD36去棕榈酰化，并且以内吞的方式往细胞内转运脂肪酸。我们进一步解析了其中的信号通路，发现脂肪酸结合CD36后激活酪氨酸激酶LYN，后者对DHHC5进行磷酸化修饰使其失活，从而导致CD36被APT1进行去棕榈酰化。去棕榈酰化后的CD36能够招募酪氨酸激酶SYK，后者对Dynamin、VAV、JNK等在内吞中其重要作用的蛋白质进行磷酸化修饰，从而触发CD36内吞并将脂肪酸转运到细胞内的过程。这一过程中，CD36的动态棕榈酰化修饰对其脂肪酸吸收活性是必需的。我们进一步解析了棕榈酰化修饰介导CD36分选的机制，发现了ARF6在其中的关键作用。我们的研究揭示了CD36的动态棕榈酰化修饰在其感知和促进脂肪酸吸收中的作用，丰富了脂肪酸吸收和蛋白质棕榈酰化修饰的理论研究。相关研究成果发表在Cell Reports（2019）、Nature Communication （2020）和Nature Communication （2022）杂志上。本项目顺利完成了任务中计划的各项研究内容，达到了预期的研究目标。