脂滴是一类从细菌到哺乳动物细胞保守的细胞器。它由磷脂单分子层包裹着疏水的中性脂组成。脂滴的动态变化与多种代谢疾病相关，比如肥胖，糖尿病，脂肪肝等等。近年来，越来越多的研究发现脂滴与神经退行性疾病也密切相关。神经系统中，正常情况下神经细胞不储存脂滴，而胶质细胞储存脂滴。胶质细胞与神经细胞的交互作用参与了神经退行性过程。那么神经细胞为什么没有脂滴？如果神经细胞出现脂滴后有什么影响？黄勋课题组前期以线虫为模式动物，发现神经细胞中没有脂滴是由于脂肪降解强于脂肪合成，神经细胞出现脂滴对其抵抗神经退行性疾病具有保护作用(Yang et al., EMBO Reports 2020)。然而，鸟类的视锥细胞作为一种神经细胞在正常情况下就有脂滴。与其他细胞不同的是，鸟类的视锥细胞中有且只有一个脂滴，并且特定分布在其内段的顶端。鸟类视锥细胞中的单个脂滴是如何产生的，它对视锥细胞功能有什么影响呢？
为了研究视锥细胞中的脂滴，中国科学院遗传与发育生物学研究所黄勋研究组以鸡为模式动物，建立了视网膜体外组织培养和体外细胞培养系统。结合CRISPR基因编辑技术和微管聚合抑制剂，发现促脂滴融合蛋白CIDEA和微管参与了鸡视锥细胞中单个脂滴的形成。
图1：CIDEA和微管参与了鸡视锥细胞中单个脂滴的形成
此外，作者首次发现中心粒蛋白Centrin在视锥细胞中除了定位在中心粒外，还定位在脂滴上。Centrin通过其C端两个EF-hand结构域间接定位在脂滴上。通过BioID-蛋白质谱技术，作者找到了帮助Centrin定位到脂滴上的蛋白SPDL1-L。SPDL1-L是SPDL1编码的一个长的蛋白异构体(long-isoform)。以往SPDL1的研究只关注其短的蛋白异构体(short-isoform)的功能，发现其通常分布在着丝粒或纺锤体两极。黄勋课题组的研究首次报道了SPDL1-L的脂滴定位。进一步通过CRISPR敲除等实验，发现Centrin-SPDL-1帮助脂滴定位在视锥细胞内段的顶端。
图2：Centrin和SPDL-1定位于脂滴上
最后，为了探究脂滴动态变化对视锥细胞功能的影响，他们通过FDTD (Finite-Difference Time-Domain)技术模拟了光在脂滴数目或位置发生变化后的视锥细胞中的传播情况，发现脂滴的数目和位置变化会改变视锥细胞的感光能力。
该研究揭示了鸡视锥细胞中脂滴动态的调控机制，提出脂滴动态变化影响视锥细胞感光。这项研究成果于2023年9月11日在线发表于Developmental Cell杂志上。潘慧敏博士为该论文的第一作者，黄勋研究员为该论文的通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所降雨强研究员，秦亚强博士为该研究做出了重要贡献，税光厚研究组和汪迎春研究组也提供了必要的帮助。该项工作得到了国家自然基金委和科技部项目的资助。
图：鸡视锥细胞中脂滴动态的调控机制
