近日，大連化物所蛋白質(zhì)折疊與聚集研究組（212組）劉宇研究員團隊與生物分子高效分離與表征研究組（1810組）張麗華研究員、趙群研究員團隊，聯(lián)合西湖大學張鑫教授團隊，在脂滴（lipid droplets，LDs）聚集復(fù)合物組分解析和調(diào)控機制研究中取得新進展。合作團隊建立了一種基于小分子光催化劑的蛋白質(zhì)鄰近標記技術(shù)（LipoID），在活細胞中快速標記捕獲脂滴周邊的相互作用蛋白；通過LC-MS/MS質(zhì)譜鑒定與互作網(wǎng)絡(luò)解析，發(fā)現(xiàn)線粒體-脂滴通過VDAC3-PLIN3分子觸點調(diào)控空間互作距離，并重塑相關(guān)脂代謝通路。
生物體中的蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物分子在應(yīng)激和疾病條件下易發(fā)生聚集，形成生物聚集體。其中，脂滴作為細胞內(nèi)一種高度動態(tài)的生物聚集體，是脂質(zhì)儲存與代謝調(diào)控的核心亞細胞器，并與線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器頻繁互動，兼具能量供應(yīng)、膜脂合成前體儲備及細胞應(yīng)激保護等關(guān)鍵功能，對細胞代謝重編程與多種疾病發(fā)生發(fā)展具有重要意義。然而，調(diào)控脂滴與亞細胞器互作聚集的分子機制是有待闡明的科學問題。
傳統(tǒng)脂滴離體分離分析技術(shù)面臨脂滴易破碎、弱/瞬時互作丟失、非特異吸附等技術(shù)挑戰(zhàn)，難以在活細胞原位、工況條件下精準還原真實的互作網(wǎng)絡(luò)信息。 針對上述技術(shù)瓶頸，合作團隊提出并建立了LipoID光催化鄰近標記策略：通過設(shè)計具有脂滴靶向能力與光催化活性的小分子探針，可富集于活細胞脂滴微環(huán)境；溫和短時光照觸發(fā)探針產(chǎn)生活性中間體，介導(dǎo)脂滴鄰近區(qū)域蛋白質(zhì)的快速標記。隨后，合作團隊建立了富集純化與高分辨質(zhì)譜鑒定方法，實現(xiàn)了脂滴互作蛋白組的高覆蓋精準解析，覆蓋多類脂代謝相關(guān)酶與調(diào)控因子，驗證了其用于脂滴互作網(wǎng)絡(luò)解析的可靠性。
進一步，合作團隊聚焦“調(diào)控脂滴與亞細胞器互作聚集的分子機制是什么？”這一核心科學問題，利用LipoID比較蛋白組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)“PLIN3-VDAC3-ATP-線粒體互作”的調(diào)控軸，即抑制VDAC3會降低細胞ATP水平，并增大脂滴-線粒體空間距離，同時伴隨脂滴-線粒體-微管空間耦聯(lián)的重構(gòu)與脂質(zhì)代謝通路（TAG/CE/FFA等）的系統(tǒng)性改變。該研究為理解脂滴-亞細胞器聚集互作提供了組學分析工具，為深入探索代謝與神經(jīng)退行性疾病中脂滴聚集體的生理病理角色奠定基礎(chǔ)。
相關(guān)成果以“LipoID Profiles Lipid Droplets Interactions and Identifies Inter-Organelle Regulators”為題，于近日發(fā)表在《自然-化學生物學》（Nature Chemical Biology）上。該工作共同第一作者是大連化物所212組助理研究員郭恒科、副研究員萬旺，西湖大學博士研究生黃亞男，1810組工程師趙楠。本研究得到國家自然科學基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項目的支持。
