SB2301

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 300 (2023) Citare questo articolo

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Le goccioline lipidiche (LD) sono coinvolte in vari eventi biologici nelle cellule insieme al loro ruolo primario di centro di stoccaggio per i lipidi neutri. L’eccessivo accumulo di LD è altamente correlato a varie malattie, comprese le malattie metaboliche. Pertanto, una comprensione di base del meccanismo molecolare della degradazione dell'LD sarebbe utile sia nella ricerca accademica che in quella industriale. La lipofagia, un meccanismo di autofagia selettiva/processo di degradazione dell'LD, ha guadagnato maggiore attenzione nella comunità di ricerca. Qui, abbiamo cercato di chiarire un nuovo meccanismo di lipofagia utilizzando la piccola molecola che degrada l'LD, SB2301, che attiva la lipofagia mediata dall'ubiquitina. Utilizzando un metodo di identificazione del bersaglio privo di etichetta, abbiamo rivelato che l'etanolammina-fosfato citidililtransferasi 2 (PCYT2) è una potenziale proteina bersaglio di SB2301. Abbiamo anche dimostrato che sebbene SB2301 non moduli la funzione PCYT2, induce la traslocazione cellulare di PCYT2 sulla superficie LD e aumenta spazialmente il rapporto fosfatidiletanolammina (PE)/fosfatidilcolina (PC) della membrana LD, causando la coalescenza di LD, portando all'attivazione del processo lipofagico per mantenere l’omeostasi energetica.

Le goccioline lipidiche (LD) sono organelli specializzati che immagazzinano acidi grassi liberi cellulari (FFA) come lipidi neutri, come il triacilglicerolo (TG) o gli esteri sterolici (SE), per evitare la lipotossicità degli FFA1,2. Negli LD, i lipidi neutri sono circondati da fosfolipidi come la fosfatidilcolina (PC) e la fosfatidiletanolammina (PE)3 e da proteine ​​di superficie come la famiglia della perilipina4 e dalle lipasi5. Le cellule generano o degradano dinamicamente gli LD in risposta ai cambiamenti ambientali per mantenere l'omeostasi energetica e regolare il metabolismo dei lipidi6.

Le lipasi sulla superficie LD degradano principalmente i lipidi neutri quando le cellule richiedono la degradazione LD7,8. Singh et al. hanno riferito che gli LD potrebbero essere un substrato dell'autofagia selettiva, chiamata lipofagia, che sequestra gli LD all'interno degli autofagosomi in condizioni di fame9. La comunità di ricerca biomedica ha lavorato sul meccanismo della lipofagia per rivelare vari ruoli dei LD oltre la conservazione di lipidi neutri10, come la modulazione dello stress cellulare11,12, la regolazione funzionale delle proteine13,14 e la conservazione di altre biomolecole15,16. Pertanto, lo studio del meccanismo di regolamentazione della LD può fornire informazioni preziose per definire i percorsi biologici sottostanti grazie alla sua rilevanza nei campi della biologia chimica e della scoperta di farmaci. Inoltre, è stata recentemente sottolineata la rilevanza fisiologica dei LD nelle malattie metaboliche. L'accumulo di LD nel muscolo e nel fegato è un segno distintivo delle malattie metaboliche, tra cui la steatosi17,18, il diabete di tipo 219,20 e l'aterosclerosi21,22. Pertanto, la lipofagia è emersa come una nuova strategia per il trattamento di tali malattie, in particolare della steatosi e delle malattie del fegato23,24,25.

Inoltre, l'approccio basato sul fenotipo è stato un'importante strategia per la scoperta di nuove entità molecolari con nuove modalità d'azione. In questo studio, abbiamo eseguito uno screening ad alto rendimento basato su immagini per monitorare il numero e le dimensioni dei LD cellulari come fenotipi cruciali nelle cellule vive. Abbiamo valutato ulteriormente una nuova piccola molecola, SB2301, per esplorare la lipofagia mediata dall'ubiquitina come nuovo meccanismo di regolazione delle LD. Utilizzando SB2301, abbiamo rivelato un nuovo meccanismo di attivazione della lipofagia che induce la degradazione dell'LD alterando spazialmente la composizione lipidica delle membrane LD.

Innanzitutto, abbiamo eseguito uno screening fenotipico basato su immagini di LD cellulari in cellule vive per identificare potenziali modulatori di LD cellulari. In precedenza, abbiamo segnalato la sonda fluorogenica, SF44, che ha una proprietà di accensione selettiva LD idrofobica nelle cellule vive26. Abbiamo anche dimostrato l'applicazione dell'SF44 all'imaging a fluorescenza in modo ad alto rendimento con un eccellente fattore Z′27. Il sistema di monitoraggio LD basato su SF44 che utilizza SF44 consente l'osservazione in tempo reale delle dinamiche LD cellulari senza la necessità di fasi di lavaggio. Pertanto, abbiamo applicato questo sistema di monitoraggio LD ad alto contenuto in cellule vive per identificare nuove entità chimiche prive di tossicità cellulare con un'influenza minima da altri fattori esterni.