معمای ساختاری چندین دهه پیرامون تولد قطرات لیپید ذخیره کننده انرژی حل شد —

یک مطالعه بین المللی منتشر شده در زیست شناسی ساختاری و مولکولی طبیعت اولین کسی است که تقریباً کل ساختار سایپین را حل و مدل می کند، نشان می دهد که در دو شکل وجود دارد و به مکانیسم تولد قطرات چربی که برای ذخیره چربی در سلول های سالم استفاده می شود اشاره می کند.

قطرات لیپید (LDs) از زمان اختراع میکروسکوپ‌هایی که می‌توانستند داخل سلول‌ها را نشان دهند، توصیف شده‌اند. برای حدود یک قرن، آنها به عنوان ذخیره‌کننده لیپیدها یا چربی‌ها شناخته شده‌اند، اما آنها غیرفعال در نظر گرفته می‌شوند. در طول 20 سال گذشته نشان داده شده است که قطرات چربی بسیار پویا هستند.

دکتر گودمن نقش کلیدی در زیست شناسی سایپین ایفا کرده است و در سال 2007 کشف کرد که سپین مسئول بسته بندی چربی به LD ها است و مکانیسم مشابهی در حیوانات، گیاهان و قارچ ها رخ می دهد. در سال 2010، آزمایشگاه گودمن اولین آزمایشگاهی بود که سایپین را خالص کرد و گزارش داد که از حدود 9 زیر واحد یکسان تشکیل شده است که شبیه یک دونات است.

از آن زمان، دانشمندان در سراسر جهان سعی کردند این ساختار را حل کنند، که بسیار دشوار بود زیرا سایپین در سراسر غشای شبکه آندوپلاسمی، یک اندامک درون سلول، کشیده می شود. این قرارگیری غشایی این مجموعه را در برابر کریستالوگرافی اشعه ایکس، استاندارد طلایی طولانی مدت برای چنین مطالعاتی، مقاوم کرد. متبلور شدن پروتئین های غشایی بسیار دشوار است، که لازمه آن تکنیک است.

برای مقابله با این مشکل، دکتر گودمن پس از گفتگو با توبیاس سی. والتر، زیست شناس سلولی بوستون، دکترا، در یک کنفرانس علمی، به میکروسکوپ الکترونی برودتی (cryo-EM) روی آورد. دکتر والتر، محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز، و همکارش، دکتر رابرت وی. فرس جونیور، دیگر نویسندگان متناظر این مطالعه هستند. هر دوی آنها در دانشکده پزشکی هاروارد، دانشکده بهداشت عمومی تی چان، و موسسه براد MIT و هاروارد قرار ملاقات دارند. در این مطالعه از تاسیسات cryo-EM هاروارد استفاده شد.

Cryo-EM از نمونه های منجمد فلاش، پرتوهای الکترونی و آشکارساز الکترون به جای دوربین برای جمع آوری داده ها در مورد ساختارهای بیولوژیکی در مقیاس نزدیک به اتم استفاده می کند. استفاده از Cryo-EM محققان را قادر ساخت تا تعیین کنند که “دونات” که آنها فرض کردند در واقع یک قفس 10 واحدی است، نوعی انکوباتور برای ایجاد و رشد قطرات چربی. ترکیب دوم نشان داد که سایپین باز می شود تا قطرات چربی را روی سطح شبکه آندوپلاسمی آزاد کند. دکتر گودمن گفت، هنگامی که روی سطح قرار می گیرند، به سمت داخل سوپ سلولی (سیتوپلاسم) روبرو می شوند، جایی که آنزیم های عبوری می توانند LD ها را تجزیه کرده و اسیدهای چرب داخل آن را آزاد کنند تا انرژی مانند زمان گرسنگی فراهم کنند.

دکتر گودمن گفت: «به دست آوردن دو ترکیب شگفت‌انگیز و کاملاً غیرمنتظره بود. دو ترکیب در تحقیقات کنونی، بخش بالایی ساختار را که در سراسر غشای اندامک گسترش می‌یابد، حل می‌کند.

دکتر گودمن گفت: “Cryo-EM این کار را ممکن کرد.” وی افزود: “ما امیدواریم که این ساختار به راهی برای ارتباط دادن نقش سایپین در ایجاد قطرات لیپید به هر مشکلی در لیپودیستروفی منجر شود و همچنین به ما در درک بهتر تشکیل قطرات چربی به طور کلی کمک کند.” احتمالاً چندین پروتئین دیگر در ایجاد قطرات چربی دخیل هستند، اما به نظر می‌رسد سایپین اصلی‌ترین آنها باشد.

از نویسندگان فعلی و سابق UTSW می توان به Brayden Folger و Xiao Chen اشاره کرد. نویسنده اصلی هنینگ آرلت از هاروارد و HHMI است. محققان دانشگاه واشنگتن، سیاتل، و دانشگاه هایدلبرگ، آلمان نیز شرکت کردند.

این مطالعه از سوی مؤسسه ملی سلامت (R01GM124348، R01GM084210)، بنیاد تحقیقات آلمان، انجمن قلب آمریکا و HHMI حمایت شد.

دکتر گودمن دارای کرسی برجسته یان و باب بولاک برای آموزش علوم است.