PNAS | 在活細胞中無痕合成磷脂質導致濃度依賴性細胞凋亡效應

2021-02-28 王初課題組

大家好，本周我給大家分享一篇PNAS上的文章,」 Traceless synthesis of ceramides inliving cells reveals saturation-dependent apoptotic effects」,，本文的通訊作者是加利福尼亞大學聖地牙哥分校化學與生物化學系的Neal K. Devaraj教授，該課題組的研究興趣是用自下而上合成生物學和分子成像問題的化學選擇性反應的設計。

 

我們都知道磷脂質(ceramides)執行著多種細胞功能，包括胰島素抵抗、程序性細胞死亡和腫瘤抑制。雖然磷脂類在細胞中發揮了重要的功能，但是由於它的穿膜性太差，導致在體內研究磷脂類的作用變得十分有限。目前研究磷脂類的方法，主要是非天然的短鏈磷脂類，因為它的穿膜性比天然的長鏈磷脂類好，但是在生理活性上無法完全比擬天然的長鏈磷脂類。最近，光保護的磷脂類已被開發用於將磷脂類遞送至巨噬細胞，但其生物活性和其他細胞系的功效尚未見報導。

 

然而，在本文中作者開發了一種策略，該方法是通過使用兩種細胞滲透性和化學選擇性結合配偶體原位合成天然磷脂類來克服這些問題。在生理條件下，作者運用脂肪酸水楊醛酯，鞘氨醇選擇性地反應在細胞中產生天然磷脂類，作者將這種方法定義為TCL(無痕磷脂類連接)。作者發現脂肪酸水楊醛酯化合物3具有優異的水解穩定性，在16小時內顯示出很少的降解（<2％），並且對於潛在的競爭的生物分子絲氨酸溶血鞘磷脂，則不存在著TCL反應。

 

作者研究了磷脂類誘導的細胞凋亡是否會受TCL反應的影響。作者發現，細胞的活力不受單獨化合物3的影響，但與化合物3和鞘氨醇一起孵育，則會導致細胞活力顯著地降低。通過對細胞死亡率的定量以及用螢光檢測caspase3/7的活性顯示TCL產生的C16:0的磷脂類會導致細胞凋亡的caspase活化，並且作者驗證了之前存在著一個假設，即C16：0磷脂類通過向線粒體招募蛋白質Bax來發揮其促凋亡功能，從而引發線粒體膜通透和引發細胞死亡。

 

由於細胞會產生多種N-脂肪醯基的磷脂類，然而不同種的磷脂類化合物在細胞中發揮的作用卻不清楚。因此作者合成不同飽和度和碳個數的脂肪酸水楊醛酯化合物，並且在細胞中產生了不同的磷脂類，並研究了磷脂類結構對細胞活力的影響。與鞘氨醇對照相比，使用TCL遞送完全飽和的C16：0或C18：0磷脂類導致細胞活力顯著降低。相反，我們觀察到單不飽和C18：1或C24：1磷脂類則不會導致細胞活力的降低。並且C16：0或C18：0磷脂類能夠招募Bax蛋白質，而單不飽和C18：1或C24：1磷脂類則不會導致招募Bax蛋白質。

 

總之，作者用原位合成的方法，直接在體內合成磷脂類。TCL使我們能夠研究C16：0磷脂類在細胞凋亡中的作用，並證明磷脂類飽和度是細胞凋亡的重要調節劑。使用TCL的未來研究將有助於理解原位生成的磷脂類的代謝及其對內源性脂質水平的影響。

 

文章連結：http://www.pnas.org/content/115/29/7485

DOI:www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1804266115

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