项目文章丨动物篇脂质组学助力细胞分裂研究迈出坚实一步!

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期刊:Nature Communications

影响因子:14.919

中科院分区:1

组学领域:脂质组学,代谢组学

研究对象:斑马鱼胚胎

研究背景

本文采用脂质组学、代谢示踪分析和定量图像分析相结合的方法,研究了鞘脂在表皮细胞定向分裂过程中的纺锤体定位。显示了Wnt信号如何介导鞘脂依赖的定向分裂,鞘脂如何决定受体棕榈化,最终控制透明质的激活,介导纺锤体旋转和定向有丝分裂。


胚胎样品处理

混样的问题:

本文中提出“每个条件制备三个独立的生物样品并与内标混合。然后提取总脂质。”即混样是没有问题的,且同样处理条件下混样的小样本越多,组成的样本越具有普遍性


技术方面:

可使用甲胺处理样品(轻度碱性水解)以去除磷脂,从而能够更有效地测量鞘脂。卵黄蛋白原是斑马鱼中主要蛋黄蛋白的前体,因此,它可以用作卵黄细胞含量的生物标志物。

检测去除卵黄的效率。



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将四百个原肠胚阶段的野生型胚胎脱卵

并保留脱卵胚胎和卵黄细胞用于脂质分析



WT脂质组学

通过脂质组学定量分析的方法够识别和有力地量化大量的膜脂。这一精确的定量分析揭示了Wnt/PCP通路在控制鞘脂胚胎水平中的作用。为下一步实验做下基础


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脂质类别(PC、PE、PI、PS 和 SL)脱卵胚胎和卵黄细胞膜脂相对丰度的交互式树状图表示度和脂质种类


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各组成成分的相对丰度



鞘脂受WNT调节(组学分析)

不仅卵黄细胞具有代谢活性,发育早期的胚胎也具有合成新脂质的能力,以及 (ii) 胚胎本鞘身的鞘脂含量受合子控制Wnt 信号。


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Wnt5变异突变体的脂质组学。主要是鞘脂水平降低

但是卵黄中的脂质几乎没有变化。

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鞘脂的合成以及代谢途径

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新合成的第一种鞘磷脂是DHSL,DHSL 的水平

在Wnt5变异突变体中下调。



代谢示踪实验

代谢示踪试验方案:

氨酸棕榈酰转移酶 (SPT) 催化从头鞘脂途径的第一步和限速步骤,该途径包括丝氨酸和棕榈酰辅酶 A 缩合形成 3-酮鞘氨醇


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通过同位素定位丝氨酸,测定SPT,来评价wnt5两个亚型(wnt5a,wnt5b)的用效果以及作用途径。

通过调节SPT的活性来实现调节鞘脂水平。



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H2A实验显示0.5 nl(10 μM)鞘氨酸足以恢复wnt5a变异胚的外胚层细胞分裂方向,而在wnt5b变异胚中,

至少需要0.5 nl (25 μM)的鞘氨酸才能恢复定向分裂



基因缺失实验

SPT 是一种膜蛋白复合物,其中包括酶活性所必需的 SPTLC1 亚基,接下来作者创建了一个突变基因株,该突变删除了 Sptlc1 蛋白的大部分功能域


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基因缺失后脂质组学变化

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基因缺失后 生物体变化



染色体分离检测

加入鞘氨酸能恢复表皮细胞有丝分裂的方向,表明Sptlc 1受损胚胎中鞘脂含量的降低是导致有丝分裂方向的缺陷的原因,因此鞘脂在定向分裂过程中是必不可少的。


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鞘脂与肌动蛋白的关系


这些数据表明鞘脂既不涉及帽的形成或极化,也不涉及它们与胚胎轴的对齐。然而,鞘脂需要介导这些帽的活动以调节最后一步,即纺锤体的Diaphanous-dependent旋转,以便有丝分裂平面与帽对齐,因此与胚胎轴正确定向。


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Antxr2a的棕榈酰化


SPT敲下来时,Antxr2a的棕榈酰化水平明显降低,下调Wnt5b,有效地调节SPT的活动,导致Antxr2a棕榈酰化明显减少,而Wnt5a的下调导致的减少要弱得多。

S-棕榈酰化受两种酶的调控,即添加脂肪酸的棕榈酰酰基转移酶 (PAT) 和去除脂肪酸的酰基蛋白硫酯酶 (APT)。鞘脂通过调节 APT 介导 Antxr2a 棕榈酰化


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