Squalene is lipotoxic to yeast cells defective in lipid droplet biogenesis
- 作者
- Martin Valachovic, Martina Gariaova, Roman Holic, Ivan Hapala
- 单位
- Institute of Animal Biochemistry and Genetics, Slovak Academy of Sciences, Moyzesova 61, 90028 Ivanka pri Dunaji, Slovak Republic
- 杂志
- Biochemical and Biophysical Research Communications（2015）
- DOI
- 10.1016/j.bbrc.2015.12.050
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
角鲨烯在脂滴形成缺陷的酵母细胞中积累是否具有脂毒性
研究策略
利用无法形成脂滴的酵母四重突变体（dga1Δ lro1Δ are1Δ are2Δ），结合角鲨烯单加氧酶抑制剂特比萘芬和角鲨烯合酶抑制剂zaragozic acid，通过表型分析和脂质定量验证角鲨烯积累与细胞毒性的因果关系
核心内容
该研究以酿酒酵母为对象，探究角鲨烯在脂滴形成缺陷时是否具有脂毒性。作者利用无法形成脂滴的四重突变体（dga1Δ lro1Δ are1Δ are2Δ），通过角鲨烯单加氧酶抑制剂特比萘芬和角鲨烯合酶抑制剂zaragozic acid处理，结合表型分析与脂质定量验证因果关联。结果显示，脂滴缺失突变体对特比萘芬的IC50仅为1.3 μg/mL，而野生型为15 μg/mL，敏感性相差约10倍；在3 μg/mL特比萘芬下，突变体活力仅剩1.3%。野生型在角鲨烯积累至400 μg/10^9 cells时仍生长正常，而突变体在40–50 μg/10^9 cells即出现严重生长缺陷。加入zaragozic acid抑制角鲨烯合成后，突变体角鲨烯水平降至64±5 μg/10^9 cells，生长部分恢复，证实了角鲨烯积累与毒性的因果关系。研究表明，当脂滴储存能力缺失时，角鲨烯对酵母具有脂毒性，这为特比萘芬的杀菌机制提供了证据，也提示角鲨烯毒性可能限制酵母中角鲨烯的高产生物技术生产。
创新点
首次证明角鲨烯在脂滴储存能力缺失时具有脂毒性；为特比萘芬杀菌机制中角鲨烯积累的作用提供实验证据；提示角鲨烯毒性是酵母过量生产角鲨烯的潜在限制因素
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) W303-1B及其LD-less突变体 (dga1Δ lro1Δ are1Δ are2Δ) | 三酰甘油和甾醇酯合成 | DGA1, LRO1, ARE1, ARE2 | Dga1p, Lro1p, Are1p, Are2p | 催化 | 编码脂质合成酰基转移酶，缺失导致脂滴无法形成 |
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) W303-1B及其LD-less突变体 (dga1Δ lro1Δ are1Δ are2Δ) | 甾醇生物合成 | — | Squalene monooxygenase | 催化 | 角鲨烯单加氧酶，特比萘芬的靶标，催化角鲨烯环氧化为2,3-氧化角鲨烯 |
| 酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae) W303-1B及其LD-less突变体 (dga1Δ lro1Δ are1Δ are2Δ) | 甲羟戊酸途径/甾醇生物合成 | — | Squalene synthase | 催化 | 角鲨烯合酶，zaragozic acid的靶标，催化法尼基焦磷酸生成角鲨烯 |
关键发现
- LD-less突变体对特比萘芬的IC50为1.3 μg/mL，野生型为15 μg/mL，相差约10倍
- 野生型在15 μg/mL特比萘芬下24h仍有4代（对照8代），LD-less在3 μg/mL时仅1代
- LD-less在3 μg/mL时活力（CFU）仅1.3%，野生型在最高15 μg/mL时仍有34%活力
- 野生型在10 μg/mL特比萘芬时角鲨烯达400 μg/10^9 cells仍生长良好，LD-less在40-50 μg/10^9 cells即出现严重生长缺陷
- 5 μg/mL特比萘芬使两菌株角鲨烯约200 μg/10^9 cells，联合2 μg/mL zaragozic acid使野生型角鲨烯降低33%、LD-less降低70%，LD-less降至64±5 μg/10^9 cells且恢复部分生长（约3代）
- 联合处理野生型使生长减少近50%，提示协同效应。
研究结论
角鲨烯若不能被有效储存于脂滴中对酵母细胞具有脂毒性；实验结果支持角鲨烯积累是特比萘芬抗真菌活性的重要因素；角鲨烯毒性可能限制其在酵母中生物技术生产的最大产量。