細胞器蛋白質組學和磷酸化蛋白質組學揭示了亞



脂質代謝是在細胞細胞器之間高度劃分的,這些細胞器動態地調整其組成和相互作用以應對代謝挑戰。在此,我們研究在非酒精性脂肪肝(NAFLD)中觀察到的由飲食引起的肝臟脂質積累如何影響體內的蛋白定位、細胞器組織和蛋白磷酸化。我們開發一個質量光譜工作流對蛋白質和此處則相關性分析監控水平和細胞分布∼6000肝脂肪變性蛋白質和∼16000此處則在發展。一些細胞器接觸點蛋白是針對脂肪肝中的脂滴(LDs)的,它們是調節脂質代謝的細胞器的紐帶。分泌通路的蛋白顯著地重新分布,包括COPI復合物的錯誤定位和LDs高爾基體的隔離。這與肝蛋白分泌減少有關。我們對亞細胞重組和器官特異性磷酸化的系統體內分析揭示了營養超載如何導致器官重組和細胞功能障礙。

細胞器蛋白質組學和磷酸化蛋白質組學揭示了亞

脂質代謝涉及許多功能獨特的細胞器,它們為其不同的生化反應提供了獨立的隔間。這些區域是高度動態的結構,它們改變了它們的組成和相互作用,以適應環境的變化和代謝的挑戰。例如,脂質攝取、合成、儲存和降解涉及質膜、ER、線粒體、過氧化物酶體、溶酶體以及脂滴(LDs)。LDs是一種儲存細胞器,在脂質代謝的核心起作用,介導許多代謝過程,包括中性脂質合成和動員。為了協調脂質代謝并促進底物通量,它們與ER形成膜橋,并與許多其他細胞器相互作用,如線粒體(Gao和Goodman, 2015)

, Wilfling et al., 2013年

)。

LD在周圍器官的積累和有毒脂質物質溢出是肥胖相關疾病的標志,如2型糖尿病或心血管疾病(Krahmer et al., 2013a)

)。在肝臟中,脂質溢出導致各種病理,從輕度肝病到非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的嚴重程度不等,可發展為肝功能衰竭(Cohen et al., 2011)

)。盡管ER應激和線粒體功能障礙已經在脂肪肝中報道(Biddinger等人,2008)

),目前還不清楚廣泛的脂質積累如何影響蛋白質定位、細胞器結構和相互作用。具體來說,蛋白質組成是控制細胞器功能的關鍵因素,由不同的機制決定,如蛋白質-蛋白質相互作用或翻譯后修飾(PTMs),特別是磷酸化(Bauer et al., 2015)

)。了解肝臟脂質積累如何影響細胞器蛋白組成及其PTM,對健康和疾病的代謝有廣泛影響。

確定細胞器的組成、蛋白質定位以及蛋白質在細胞自然環境和病理條件下的磷酸化狀態對傳統的細胞生物學方法來說是一個挑戰,尤其是在高通量的方式下,因為蛋白質定位很難在器官中評估。由于抗體的可用性,許多基于抗體的方法在大規模情況下是不切實際的,特別是那些允許在組織中進行免疫熒光或檢測PTMs的方法。因此,許多研究使用了細胞系模型,但這些模型不一定反映了體內的情況,即細胞暴露在不同的刺激下,比如不同器官分泌到血液中的代謝激素。

在此,我們通過分析小鼠肝臟脂肪變性模型中蛋白質定位和磷酸化的變化,采用無偏倚的方法來解決脂質超載對細胞組織的影響。近年來,隨著新技術的發展,有機蛋白質組學得到了長足的發展。例如,接近標記策略(如APEX)允許對難以純化的細胞器(如LDs)進行蛋白質組學分析,使其完全同質化(Bersuker et al., 2018)

),而基于質譜(MS)的方法的亞細胞分離促進了細胞組織的全球分析。系統分析方法,如“蛋白相關分析”(PCP) (Andersen et al., 2003)

福斯特等人,2006年

),通過同位素標記定位細胞器蛋白(LOPIT)

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