内质网驻留蛋白ZDHHC11介导的ATGL棕榈酰化修饰调控脂滴代谢的机制研究

Lipid droplets (LDs) are cytoplasmic organelles that store neutral lipids for using as an energy supply in times of nutrient deprivation and for membrane assembly. Both deficient and excessive storage of neutral lipids in LDs are associated with many human diseases, including lipodystrophy, obesity and neutral lipid storage disorders. How proteins specifically localize to the phospholipid monolayer surface of lipid droplets (LDs) is poorly understood. Herein we show that the palmitoyltransferase ZDHHC11 is an ER-localized protein that is present at the ER-LD contact sites and influences LDs morphology and LDs turn over. Mechanistically, both the presence of ZDHHC11 and its catalytic activity are necessary for the adipose triglyceride lipase, ATGL, targeting to LDs. Presumably this occurs at LD-ER bridges. Subsequently ATGL initiates LDs lipolysis in response to metabolic cues. Herein, we aim to investigate how ZDHHC11 responds to metabolic conditions and thereby affecting lipid droplets biology and also assess its contribution to LD related pathologies.

脂滴（Lipid droplets，LDs）是胞内储存中性脂的细胞器，调节细胞脂代谢。脂滴内中性脂贮积紊乱会导致Ⅱ型糖尿病、脂肪肝等疾病。脂滴的合成代谢循环与内质网及线粒体密切相关，该过程主要由脂滴膜相关蛋白调控，然而脂滴膜蛋白的特异性定位及脂滴与内质网、线粒体互作的调控机理尚不明确。本项目前期研究通过透射电镜（TEM），酰基生物素置换法（ABE）发现，内质网驻留蛋白棕榈酸转移酶ZDHHC11定位于内质网-脂滴接触区（ER-LD contact site），可调控脂滴稳态，该过程依赖于ZDHHC11介导下ATGL的棕榈酰化修饰。本项目拟在前期工作基础上，深入研究棕榈酰化修饰调控脂滴膜蛋白定位及功能，并阐明脂滴代谢过程中ZDHHC11-ATGL信号轴应答的分子机制。项目的顺利实施将帮助深入了解棕榈酰化修饰影响脂滴动态平衡的机理，同时可为脂滴代谢紊乱相关疾病的诊断和治疗提供新的理论支撑。

脂滴（Lipid droplets，LDs）是胞内储存中性脂的细胞器，调节细胞脂代谢。脂滴内中性脂贮积紊乱会导致Ⅱ型糖尿病、脂肪肝等疾病。脂滴的合成代谢循环与内质网及线粒体密切相关，该过程主要由脂滴膜相关蛋白调控，然而脂滴膜蛋白的特异性定位及脂滴与内质网、线粒体互作的调控机理尚不明确。本项目研究通过透射电镜（TEM）、酰基生物素置换法（ABE）、荧光标记脂肪酸追踪实验（Red C12）、甘油三酯及甘油含量测定、线粒体代谢功能评估（OCR测定）、ZDHHC11+(B)敲除细胞系、ATGL.C15S敲入细胞系构建等，发现棕榈酰转移酶ZDHHC11+(B)调控脂滴尺寸和分解代谢，并且阻断ZDHHC11+(B)功能和阻断甘油三酯水解酶ATGL功能的表型一致。我们进一步验证ZDHHC11+(B)对ATGL的C15位点进行了棕榈酰化修饰，该修饰影响了ATGL的水解酶活性，进而影响脂滴的分解代谢。此外，我们通过过表达ZDHHC11+(B)的腺相关病毒感染小鼠肝脏，并饲喂高脂饲料，发现ZDHHC11+(B)的过表达显著降低了小鼠肝脏脂滴含量。总之，我们阐明了脂滴代谢过程中ZDHHC11+(B)-ATGL信号轴应答的分子机制。项目的顺利实施将帮助深入了解棕榈酰化修饰影响脂滴动态平衡的机理，同时可为脂滴代谢紊乱相关疾病的诊断和治疗提供新的理论支撑。