Cide缺失的脂肪细胞中脂滴及其互作细胞器协同调控脂分解代谢的机制研究

We recently found that the energy consumption dramatically increased in the adipocytes of Cidea and Cidec double-deficiency. It was observed that the size of lipid droplets (LDs) in Cide-deficient adipocytes significantly decreased, accompanied by increased lipolysis. At the same time, the activity of peroxisomes and mitochondria increased to complete the ultimate oxidation of long-chain acyl-CoA, citric acid cycle and oxidative phosphorylation. Cidea-/-/Cidec-/- adipocytes provide a good model to study the organelle interaction among LDs, peroxisomes and mitochondria in the lipid catabolism, which is not broadly studied until now, especially in adipocytes. Therefore, the present project will study the interaction among LDs, peroxisomes and mitochondria, including their contact observation and quantitative analysis in Cidea-/-/Cidec-/- adipose tissue or adipocytes, by using high resolution electron microscopic imaging technology, ultra high resolution fluorescence microscopy, bioprobe labeled technique, and three-dimensional image reconstruction. These observation will contribute to understand organelle interaction in adipocyte biology. Furthermore, we will screen and identify the key molecules involved in the interaction among LDs, peroxisomes and mitochondria. We also explore their functions and regulating mechanism to coordinate lipolysis on LDs, β-oxidation of fatty acids and oxidative phosphorylation in peroxisome and mitochondria. The study will contribute to understand the establishment and maintenance of organelle interaction in adipocytes.

我们最近发现Cidea和Cidec双敲除小鼠能量代谢十分活跃，白色和褐色脂肪组织中的脂肪细胞均表现脂解以及脂肪酸氧化增加，伴随着脂滴的减小、过氧化物酶体和线粒体活性显著增加，表现出脂滴、线粒体和过氧化物酶体的高度协同作用，这为现阶段脂滴与相关细胞器互作较为欠缺的研究提供了很好的模型。因此本研究拟用Cidea-/-/Cidec-/-小鼠及其脂肪细胞，借助高解析电子显微成像技术、超高分辨荧光显微镜技术、生物探针标记细胞与三维影像重建方法，实现脂滴与过氧化物酶体和线粒体互作的接触定位鉴定与定量分析。进一步，我们将从细胞器互作的建立和维持中，重点筛选和发现脂滴、线粒体和过氧化物酶体之间互作的关键分子，研究脂解、脂肪酸氧化以及氧化磷酸化等生化过程的协同调控，从而阐明CIDE蛋白缺失对该过程调控的分子机制。本研究将有助于脂肪细胞细胞器互作网络的建立和维持机制的理解。

脂质的储存与水解，在细胞器上的反应即为脂滴的动态变化。本项目拟探究脂滴动态变化的调控机制，尤其是探究脂滴与不同细胞器（如内质网和线粒体等）互作的功能及其调控机制。在脂滴生长方面，我们回答了三个蛋白质分子的重要作用。（1）内质网蛋白DFCP1的定位营养条件的调控，当营养匮乏时转位至omegasome，而营养充裕的情况下则转位至脂滴，有促进脂滴长大的功能。（2）阐明了介导脂滴-内质网互作的Rab18特异性调控皮下脂肪组织代谢紊乱的现象。我们构建了Rab18脂肪特异性敲除小鼠发现其机体糖脂代谢紊乱。（3）阐明CIDEC通过二维相分离介导脂滴相互作用、脂滴的融合以及脂稳态。发现调节脂滴融合的重要蛋白Cidec可通过凝胶样的特殊相分离方式富集于脂滴-脂滴接触位点，组装并形成高度可塑的、可允许脂质在脂滴间交换和转移的脂滴融合盘结构，从而促进中性脂从小脂滴向大脂滴转移，最终实现脂滴融合生长以及高效的脂质储存。该研究受到Nat Chem Biol作为亮点成果评论。为了探究介导脂滴-线粒体和脂滴-过氧化物酶体方面的蛋白质机器，我们成功构建了临位标记筛选模型，并且初步选定36个调控脂滴-线粒体互作和11个调控脂滴-过氧化物酶体互作的候选因子，进入下一步的分析。在研究过程中，我们还建立了通过影像计算脂滴动态变化的方法以及由此而建立的高通量筛选平台，将应用于后续的药物和重要基因的筛选中。此外，我们对野生型和CIDE缺失的脂肪细胞中细胞器进行了全息扫描电镜分析，主要分析脂滴和线粒体数量与体积，以及两者间互作进行分析，已经获得初步的统计数据。我们参与了1篇专著中一个章节的编写，发表科技论文6篇，其中SCI论文5篇，包括国际一流期刊Dev Cell, Cell Metab和Cell Rep等。培养博士毕业生3人，硕士毕业生3人。