Ученые впервые наблюдали метаболизм отдельных липидных капель в реальном времени

LipiPB Red демонстрирует более длительное время флуоресценции в стабильных липидных каплях (красный) и более короткое — при их деградации (синий). Этот зонд показал, что липидные капли деградируют последовательно, где липолиз предшествует липофагии. Автор: Иссей Такахаси, Университет Нагои

Исследователи разработали флуоресцентный зонд, позволяющий визуализировать, как отдельные липидные капли разрушаются внутри живых клеток в реальном времени. Зонд меняет свои флуоресцентные свойства в зависимости от химического состава каждой капли, что позволяет наблюдать не только их расположение в клетках, но и метаболическую активность во время расщепления липидов.

Результаты, опубликованные в Journal of the American Chemical Society, могут способствовать разработке новых стратегий лечения метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет, а также рака, связанного с аномальным липидным обменом.

«Липидные капли — это клеточные органеллы, которые не только хранят избыток липидов, но и играют критическую роль в липидном метаболизме. Однако понять, как функционируют отдельные капли, было сложно», — пояснил профессор Шигэхиро Ямагути из Института трансформативных биомолекул Университета Нагои.

Фермент ATGL определяет различную скорость расщепления липидных капель в клетках рака печени

Время флуоресценции зонда LipiPB Red — то, как долго он продолжает излучать свет после поглощения световой энергии — зависит от типа липидной молекулы внутри каждой капли. Когда триглицериды являются основным компонентом, зонд показывает более длительное время флуоресценции. По мере их ферментативного расщепления в диглицериды время флуоресценции становится короче.

Используя LipiPB Red, команда обнаружила, что липидные капли в клетках рака печени разрушаются с заметно разной скоростью, даже внутри одной клетки — явление, не наблюдавшееся в других типах клеток. Дальнейшие эксперименты показали, что за эти различия отвечает фермент ATGL.

Слева: Цветовая карта показывает метаболическую активность отдельных липидных капель. Красный представляет более длительное время флуоресценции (базальные капли), а синий указывает на более короткое время (деградирующие капли). Справа: Увеличенный вид области, выделенной белым пунктиром, демонстрирующий капли в разных метаболических состояниях. Автор: Wang et al., 2025

«ATGL уже известен своей важностью для преобразования триглицеридов в диглицериды во время расщепления липидных капель, но мы обнаружили, что его активность резко различается среди отдельных капель внутри одной и той же клетки», — сказал профессор Масаясу Таки из Института глико-ядерных исследований Университета Гифу.

Прямая визуализация поэтапной деградации липидов

Команда также впервые добилась прямой визуализации последовательного процесса расщепления липидов в реальном времени. Они наблюдали, что липидные капли сначала разрушаются ферментативно через липолиз, а затем подвергаются дальнейшему расщеплению через аутографические пути (липофагия).

LipiPB Red также предоставляет мощный новый инструмент для изучения фундаментальных вопросов о клеточной регуляции энергии и может раскрыть, как клетки принимают решения о том, когда и как использовать свои энергетические резервы во время стресса, физической нагрузки или болезни.

«Теперь мы можем изучать, как различные методы лечения или условия влияют на клеточный липидный метаболизм с уровнем детализации, который ранее был невозможен. Эта технология углубит наше понимание липидного метаболизма и может помочь разработать новые терапевтические подходы для метаболических расстройств и рака», — сказал профессор Таки.

Больше информации: Junwei Wang et al, Single-Cell Fluorescence Analysis of Lipid Droplet Compositional Dynamics during Triacylglycerol Catabolism, Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c11742