Cell Discovery|钟清/丁彬彬/留筱厦合作揭示SNARE复合物STX18-SNAP23-SE...

　　

　　脂滴作为细胞内脂质储存细胞器，参与维持细胞内脂质稳态，具有动态响应能量代谢需求的功能，其功能障碍与多种代谢疾病密切相关，如非酒精性脂肪性肝病、糖尿病、肥胖等。脂滴是高度动态的细胞器，在生成与成熟过程中可通过三种途径进行扩张：（1）脂滴融合；（2）从内质网转运中性脂；（3）脂滴表面中性脂质原位合成。近年来，针对脂滴生长调控的研究越来越多，但脂滴融合的分子机制仍然不清楚。

　　SNAREs(可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体)是一类具有SNARE结构域的家族蛋白。组成SNARE复合物的SNAREs蛋白锚定在相邻的膜结构上，它们的SNARE结构域能够自发从N端到C端拉链式组装成四束螺旋体，引发膜融合。SNAREs已经被证明参与多种物种的不同膜性细胞器的融合过程，比如Vam3-Vti1-Vam7-Nyv1介导了酵母的液泡同型融合，STX1-SNAP25-VAMP2介导了哺乳动物神经递质释放过程中突触小泡与质膜的融合，STX17-SNAP29-VAMP8以及YKT6-SNAP29-STX7驱动了细胞自噬过程中自噬体与溶酶体的融合。但对于SNARE复合物是否也介导了脂滴融合过程一直未有定论。

　　11月21日，上海交通大学医学院病理生理学系钟清、留筱厦课题组与华中科技大学丁彬彬课题组在Cell Discovery在线发表题为Qa-SNARE syntaxin 18 mediates lipid droplet fusion with SNAP23 and SEC22B的合作研究论文，发现SNARE蛋白STX18、SNAP23、SEC22B可组装成SNARE复合物，调控脂滴动态，并进一步建立了全新的体外脂滴融合体系，直接证明了SNARE复合物介导脂滴融合的分子机制。

　　为了鉴定调控脂滴融合的SNAREs，研究团队利用siRNA筛选并结合蛋白质组学，发现Qa SNARE STX18、Qbc SNARE SNAP23、R SNARE SEC22B的缺失影响细胞内脂滴的大小，但并不影响脂质的生成、脂肪酸的摄取、脂解。此外，这三个SNAREs蛋白存在形成一套完整的SNARE复合物的可能性。因此，研究团队猜测细胞内存在STX18-SNAP23-SEC22B复合物，可参与调控脂滴融合。接着，研究团队利用内源性co-IP技术和一系列体外生化手段证明了这三个SNARE蛋白之间存在相互作用，可在体外组装形成稳定的SNARE复合物。利用共聚焦显微镜以及免疫金电镜技术，研究团队确认了SNAREs在脂滴表面的定位，并且首次建立脂滴蛋白半胱氨酸标记实验，直接证明了膜蛋白STX18的跨膜结构域通过两次跨膜锚定于脂滴表面。

　　由于在体内难以实现针对膜融合过程的实时监测，尤其是脂滴这一动态变化极其频繁的细胞器，研究团队尝试在体外生化重建脂滴融合这一生物学过程。研究团队首先建立了基于FRET（荧光能量共振转移）的人工脂滴Lipid mixing assay，证明了STX18-SNAP23-SEC22B的截短体和全长复合物可介导人工脂滴Lipid mixing。由于体外脂滴Lipid mixing assay中标记的是脂滴的磷脂单分子层，Lipid mixing assay不足以完全表征融合的发生。接着，研究团队首次合成了Cy3-DAG和Cy5-DAG来标记脂滴的内部，建立了基于FRET的人工脂滴Content mixing assay，并结合DLS（动态光散射技术）和Cyro-EM（冷冻电镜），直接证明了STX18-SNAP23-SEC22B介导了脂滴融合的发生。进一步地，研究团队发现已被报道过的脂滴融合相关蛋白CIDEC/FSP27与SNAREs之间存在互作和共定位，并且全长的CIDEC/FSP27在体外可促进SNARE介导的脂滴融合的发生，结合DLS assay，研究团队猜测CIDEC/FSP27在体外作为Tether桥连了相邻的脂滴，促进SNARE介导的脂滴融合。

　　那么，SNARE缺失影响脂滴融合的生理意义是什么呢？研究团队通过AAV敲低小鼠肝脏内STX18，发现STX18的敲低可以缓解高脂饮食诱导的小鼠肝脏脂质沉积。这与之前报道的敲低脂滴融合相关蛋白FSP27或Rab8a可缓解非酒精性脂肪性肝病类似。因此，研究团队的发现进一步提示了脂滴融合的稳态对于脂质有效储存的重要性。

　　图注：Qa SNARE STX18、Qbc SNARE SNAP23和R SNARE SEC22B形成SNARE复合物，使相邻的脂滴膜结构受挤压发生形变，导致磷脂分子的重新排列，驱动脂滴融合。CIDEC/FSP27可通过介导脂滴聚集以及与SNAREs相互作用促进SNAREs介导的脂滴融合。

　　钟清课题组的傅宇辉博士，丁彬彬教授，留筱厦副研究员为本文共同第一作者，钟清研究员，丁彬彬教授，留筱厦副研究员为本文的共同通讯作者。