肌动蛋白驱动脂滴运动新机制：Ldm1-Ldo16-Myo2复合物的发现及其在细胞器运输中的双重功能

《Cell Reports》：The Myo2 adaptor Ldm1 and its receptor Ldo16 mediate actin-dependent lipid droplet motility

本研究针对酵母中脂滴(LD)运动分子机制不明的问题，通过基因组筛选发现Ldm1作为Myo2衔接蛋白，与LD表面受体Ldo16结合驱动肌动蛋白依赖的LD运动。意外发现Ldm1还参与线粒体运输，过表达可挽救线粒体Myo2衔接蛋白突变体。这项发表于《Cell Reports》的研究揭示了细胞器运动与接触位点协调的新机制，为理解细胞重组提供了重要线索。

　　

在真核细胞内部，各种细胞器的有序运动对细胞响应代谢和环境信号至关重要。酿酒酵母作为模式生物，其细胞器运动依赖于肌动蛋白细胞骨架和V型肌球蛋白Myo2，而特异性则由不同的肌球蛋白衔接蛋白实现。然而，脂滴这一重要细胞器如何与肌动蛋白运动系统偶联，长期以来一直是个未解之谜。

脂滴是细胞储存脂质的关键场所，通过储存不同量的脂质确保细胞在营养短缺时存活，并为有毒脂质提供安全空间。脂滴功能障碍与肥胖、神经退行性疾病等多种人类疾病密切相关。虽然已知脂滴在酵母细胞分裂过程中依赖Myo2向子细胞运动，但分子机制一直不清楚。

为了解开这一谜团，研究人员通过系统性遗传和蛋白质组学方法，发现了脂滴运动的关键分子机器。这项发表在《Cell Reports》上的研究首次鉴定出Ldm1作为Myo2的衔接蛋白，通过与脂滴表面受体Ldo16结合，介导肌动蛋白依赖的脂滴运动。令人意外的是，Ldm1还具有促进线粒体运动的功能，过表达甚至可以挽救线粒体Myo2衔接蛋白突变体的缺陷。

研究主要采用了基因组规模筛选、蛋白质相互作用分析、高分辨率活细胞成像、冷冻电子断层扫描、AlphaFold结构预测以及点突变功能验证等关键技术方法。通过构建全基因组过表达和缺失突变体库，结合自动化显微镜筛选，系统鉴定了影响脂滴分布和运动的关键因子。

结果

基因组规模筛选鉴定细胞脂滴分布和丰度的决定因素

研究人员通过时间分辨显微镜观察发现，脂滴存在不同的运动状态：部分脂滴基本静止，而另一些则会周期性转变为定向运动。使用肌动蛋白解聚药物Latrunculin B处理后，定向脂滴运动被完全抑制，证实了这一过程对肌动蛋白的依赖性。

基于酵母不对称分裂过程中肌动蛋白电缆极性组装的特点，研究团队设计了一个过表达筛选实验。他们将约6000个蛋白的N端mCherry融合过表达菌株进行培养，用BODIPY493/503染色后通过自动化显微镜分析。筛选发现，过表达未知功能蛋白Yer085c（命名为Ldm1）能导致大多数脂滴向芽体聚集，表明其在脂滴运动中起关键作用。

未知功能蛋白Yer085c/Ldm1促进脂滴和线粒体在极化细胞区域的积累

为验证筛选结果，研究人员构建了Ldm1过表达菌株，并量化了不同细胞器在母细胞和子细胞中的分布。结果显示，Ldm1过表达特异性导致脂滴和线粒体在子细胞中强烈积累，而其他细胞器如过氧化物酶体、高尔基体、内质网和液泡的分布基本不受影响。

在α因子处理诱导形成统一极化 mating protrusion 的实验中，Ldm1过表达同样导致脂滴和线粒体在mating protrusion中积累，进一步证实了Ldm1对这两种细胞器运动的特异性促进作用。冷冻电子断层扫描分析提供了高分辨率证据，显示Ldm1过表达细胞中大量脂滴和线粒体积累在mating protrusion中。

Ldm1在肌动蛋白依赖性脂滴定向运动中的作用

删除LDM1基因导致子细胞中脂滴数量轻度减少，而过表达Ldm1则显著增强脂滴运动。通过追踪分析发现，脂滴最大运动速度接近1μm/s。重要的是，Ldm1依赖性脂滴运动完全依赖于完整的肌动蛋白细胞骨架，因为Latrunculin B处理或删除主要形成蛋白BNI1都会阻断这一过程。

研究人员还设计了一个巧妙的实验：先使用α因子诱导细胞极化，然后去除α因子诱导细胞重新极化。在这种极性重构状态下，Ldm1过表达细胞中观察到大量快速长距离脂滴运动事件，有力证明了Ldm1在细胞极性建立过程中对脂滴运动的促进作用。

系统性方法鉴定Ldm1伴侣蛋白候选物

为全面解析Ldm1作用机制，研究人员进行了两项系统性筛选：一是将pTEF2-mCherry-Ldm1导入全基因组缺失突变体库，鉴定影响Ldm1依赖性脂滴积累的基因；二是通过稳定性同位素标记技术进行Ldm1-GFP亲和纯化质谱分析，鉴定物理相互作用伴侣。

遗传筛选鉴定出33个基因参与Ldm1依赖性脂滴向子细胞积累，这些基因主要与肌动蛋白、运输和脂质代谢相关。蛋白质组学分析则发现Ldm1自身、两个脂滴表面蛋白、线粒体外膜转位酶（TOM复合物）以及肌球蛋白Myo2与Ldm1特异性结合。

Ldm1与V型肌球蛋白Myo2的GTD结构域物理相互作用

亲和纯化实验证实Ldm1与Myo2形成复合物。在大肠杆菌异源表达系统中，GST标记的Ldm1能共同纯化GFP-Myo2-GTD，证明Ldm1直接与Myo2的C端球状结构域（GTD）相互作用。

通过AlphaFold 3结构预测发现，Ldm1通过两个界面（界面A和B）与Myo2-GTD广泛接触。点突变实验证实这两个界面对于Ldm1功能至关重要：界面A的Ldm1-A1突变（R153E、K155E、R161/162E）和界面B的Ldm1-B突变（V100Q、E106R、K111E、I117E）都完全消除了Ldm1对细胞器分布的影响。

Ldo16是Ldm1的脂滴表面受体

由于Ldm1缺乏直接结合脂滴的疏水结构域，研究人员探究了Myo2-Ldm1复合物如何靶向脂滴。蛋白质组学数据提示Ldo16可能是Ldm1的脂滴表面受体。实验证实Ldo16与Ldm1高效结合，而删除LDO16完全消除了Ldm1依赖性脂滴向芽体和mating protrusion的积累，以及Ldm1依赖性脂滴运动。

结构功能分析显示，仅包含N端75个氨基酸的Ldo16截短体就足以支持Ldm1依赖性脂滴重定位，而更短的Ldo16_1-55则无法发挥作用。有趣的是，Ldo16_1-75虽然支持Ldm1功能，却缺陷于液泡-脂滴接触位点形成，表明Ldm1和Vac8结合依赖于Ldo16的不同亚结构域。

Ldm1过表达挽救Myo2衔接蛋白Mmr1/Ypt11突变体

Ldm1与线粒体TOM复合物的相互作用提示其可能在线粒体运输中发挥作用。实验发现，Ldm1过表达能恢复△ypt11 mmr1-ts突变体在线粒体分配和活力方面的缺陷，效果与线粒体靶向的Myo2-Fis1融合蛋白相当。这表明Ldm1不依赖于已知的Myo2-线粒体衔接蛋白Mmr1或Ypt11，可能代表第三个Myo2-线粒体衔接蛋白。

特别值得注意的是，Ldm1促进脂滴和线粒体同时向子细胞积累，而Myo2-Fis1选择性促进线粒体运输，进一步支持Ldm1作为双功能Myo2衔接蛋白的特性。

讨论与结论

本研究解决了脂滴运动机制这一长期悬而未决的问题，发现了由Myo2、衔接蛋白Ldm1和表面受体Ldo16组成的分子机器。研究显示Ldm1作为双功能Myo2衔接蛋白，既介导脂滴运动，又促进线粒体运输。

在分子机制层面，Ldm1通过多价结合模式与Myo2-GTD相互作用，这与其它Myo2-细胞器衔接蛋白的结合特性相似但具有独特性。AlphaFold预测和突变分析提示界面A和B都对Ldm1功能至关重要，这种多价结合模式可能是多种Myo2-衔接蛋白复合物的共同特征。

特别有意义的是，Ldm1通过Ldo16靶向脂滴，而Ldo16是一个多功能脂滴表面受体，还参与seipin介导的脂滴生成和液泡-脂滴接触位点形成。这表明脂滴限制于特定伙伴细胞器与脂滴运动之间存在分子协调机制，可能通过Ldo16实现不同功能状态的转换。

研究的另一个重要发现是Ldm1在线粒体运输中的意外作用。Ldm1过表达能挽救△ypt11 mmr1-ts突变体的线粒体遗传和活力，表明其作为平行通路中的第三个Myo2-线粒体衔接蛋白。Ldm1与线粒体TOM复合物的结合提示其可能将线粒体蛋白质转运与运动功能联系起来。

这项研究的发现为理解细胞器运动与接触位点的协调机制提供了新视角，对脂滴相关疾病如肥胖、脂质储存疾病的理解具有重要意义。未来研究将需要探索Ldm1依赖性线粒体和脂滴效应在机制和功能层面的相互关系，以及不同生理或应激条件如何差异性调节这些衔接蛋白的功能。