Lipidy budują błony komórkowe i organelle, a niektóre z nich służą jako cząsteczki sygnalizacyjne niezbędne do regulacji funkcjonowania komórek. Lipidy są także źródłem energii, jednak ich nadmierne gromadzenie się w organizmie prowadzi do otyłości. Otyłość jest poważnym problemem na całym świecie, a jej zapobieganie za pomocą tradycyjnych metod, takich jak ćwiczenia i dieta, nie zawsze jest skuteczne. Na szczęście nauka może dostarczyć pomocnych rozwiązań w oparciu o szczegóły metabolizmu tłuszczów. Metabolizm lipidów obejmuje syntezę i rozkład lipidów przy udziale licznych enzymów, które w ten sposób regulują cały proces. Dzięki zrozumieniu sposobu działania tych enzymów można opracować nowe podejścia do leczenia otyłości i innych chorób związanych z nieprawidłowym metabolizmem lipidów.
Zespół kierowany przez profesor Katarzynę Kwiatkowską z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Nenckiego w Warszawie przeprowadził przełomowe badania, które rzucają światło na nieznany wcześniej mechanizm modulujący działanie enzymu biorącego udział w metabolizmie lipidów. W skład zespołu wchodziły Gabriela Traczyk, Aneta Hromada-Judycka, Anna Świątkowska, Anna Ciesielska i Julia Wiśniewska, a każda z nich odegrała znaczącą rolę w tym odkryciu. Ich odkrycia, opublikowane w Journal of Lipid Research, stanowią znaczący postęp w zrozumieniu sygnalizacji komórkowej i metabolizmu lipidów.
Naukowcy wykorzystali skomplikowane techniki, aby wskazać konkretną modyfikację cząsteczki kinazy diacyloglicerolowej-ε (DGKε), S-palmitoilacja, która polega na dodaniu do enzymu reszty kwasu tłuszczowego (kwasu palmitynowego, powszechnego składnika tłuszczów w diecie). Te rygorystyczne metody obejmowały klonowanie wariantów DGKε ze zmienionymi pojedynczymi resztami aminokwasowymi w stosunku do formy natywnej, transfekcję DGKε do hodowanych ludzkich komórek nerkowych i wykorzystanie specjalistycznych technik chemicznych, takich jak chemia oparta na kliknięciach. Techniki te podkreśliły precyzję i dokładność badań, co doprowadziło do uzyskania solidnych i wiarygodnych wyników.
Profesor Kwiatkowska wyjaśnia: „W naszych badaniach najpierw odkryliśmy konkretną cysteinę, która ulega S-palmitoilacja w DGKε. Aminokwas ten znajduje się po stronie cytoplazmatycznej DGKε i jest zintegrowany z błoną organelli. Następnie zastosowaliśmy dwie uzupełniające się techniki znakowania (glikol acylo-polietylenowy i wymiana acylo-biotyny), aby ujawnić enzymy (zDHHC) wykonujące S-palmitoilacja. Znaleźliśmy solidny dowód na DGKε S-palmitoilacja, która prawdopodobnie wpływa na konwersję diacyloglicerolu do kwasu fosfatydowego, kluczowego etapu w syntezie niektórych lipidów.
Naukowcy wykorzystali także micele z diacyloglicerolem do zbadania aktywności badanego enzymu, stwierdzając spadek aktywności DGKε po S-palmitoilacja. Micele to małe kuliste struktury utworzone przez cząsteczki, takie jak diacyloglicerol, z obszarem hydrofobowym i hydrofilowym w roztworach wodnych. Naukowcy zbadali także lokalizację komórkową DGKε i oprócz oczekiwanego wykrycia DGKε w siateczce śródplazmatycznej, gdzie syntetyzowana jest większość lipidów, odkryli także kinazę w aparacie Golgiego. Spekulowali na temat możliwości wpływu S-palmitoilacja DGKε na jego transport komórkowy i lokalizację.
mgr inż. Traczyk wyjaśnia “Nasze odkrycia sugerują obecność małej puli DGKε w aparacie Golgiego, co skłoniło nas do zaproponowania jego udziału w specyficznym aspekcie syntezy lipidów. Chociaż dalsze badania natywnego DGKε mogą ujawnić dokładną rolę DGKε w aparacie Golgiego, nasze badania otwierają nowe możliwości w badaniach nad udziałem tego enzymu w cyklu sygnalizacyjnym fosfoinozytolu i ogólnym metabolizmie lipidów. ”
Sugerują to pionierskie badania przeprowadzone przez zespół profesor Kwiatkowskiej S-palmitoilacja może dostroić aktywność DGKε w określonych przedziałach komórkowych. Znacząco pogłębiłoby to naszą wiedzę na temat sygnalizacji komórkowej i metabolizmu lipidów i może utorować drogę nowym strategiom terapeutycznym w leczeniu otyłości i innych chorób.
Odniesienie do czasopisma
Gabriela Traczyk, Aneta Hromada-Judycka, Anna Świątkowska, Julia Wiśniewska, Anna Ciesielska, Katarzyna Kwiatkowska. “Diacylglycerol kinase-ε is S-palmitoylated on cysteine in the cytoplasmic end of its N-terminal transmembrane fragment.” Journal of lipid research, 65(1) (2023) 100480. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jlr.2023.100480
O Autorach
Gabriela Traczyk jest doktorantką, pracuje w Pracowni Biologii Błon Molekularnych Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie. Jej badania koncentrują się na funkcjonowaniu kinazy DGKε. Mutacje w genie kodującym DGKε prowadzą do choroby nerek zwanej atypowym zespołem hemolityczno-mocznicowym (aHUS), a badania pani Traczyk mają na celu wyjaśnienie wpływu tych mutacji na stabilność i aktywność enzymatyczną DGKε. Jest także główną współautorką ujawnionego badania S-palmitoilacja DGKε (ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2065-440X).
Anety Hromad-Judyckiejadiunkt w Pracowni Biologii Błon Molekularnych Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego w Warszawie. Stopień doktora uzyskała w 2011 r., a pracę w Laboratorium rozpoczęła w 2013 r. Jej badania koncentrują się na wyjaśnianiu molekularnych mechanizmów sygnalizacji TLR4. TLR4 to receptor błony komórkowej aktywowany przez lipopolisacharyd bakteryjny (LPS) podczas infekcji, a niekontrolowana aktywność TLR4 może prowadzić do posocznicy. Dr Hromada-Judycka prowadziła badania nad rolą lipidów, zwłaszcza pochodnych fosfatydyloinozytolu, w kaskadach sygnalizacyjnych receptora TLR4. Jest współautorką badań proteomicznych nad palmitoilacją białek w makrofagach stymulowanych LPS, które wykazały, że kinaza DGKε, jeden z enzymów kontrolujących poziom fosfatydyloinozytolu, jest modyfikowana przez S-palmitoilacja. Konsekwencją tego odkrycia jest prezentowana tutaj praca, której głównym współautorem jest dr Hromada-Judycka (ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4449-882X).
