Lipid Droplet
Lipid droplet은 대부분의 진핵세포가 과도한 lipid를 저장하는 독특한 organelle이다. Lipid bilayer로 둘러싸인 다른 모든 membrane-bounded compartment와 달리, lipid droplet은 phospholipid monolayer로 둘러싸여 있다.
기능
Lipid droplet은 세포의 lipid 저장소 역할을 한다:
- Membrane 합성을 위한 building block 제공
- Metabolic energy generation을 위한 food source
- 필요에 따라 fatty acid를 방출할 수 있음
특화된 세포: Adipocyte
Fat cell (adipocyte):
- Lipid 저장에 특화됨
- 거대한 lipid droplet 하나가 cytoplasm 대부분을 차지
- 다른 대부분의 세포: 많은 작은 lipid droplet 보유
- 수와 크기는 세포의 metabolic state에 따라 변화
저장되는 Lipid
Neutral Lipid
Lipid droplet은 neutral lipid를 저장한다:
주요 구성:
-
Triacylglycerol
- Fatty acid로부터 합성
- ER membrane의 enzyme에 의해 합성
-
Cholesterol ester
- Cholesterol로부터 합성
- ER membrane의 enzyme에 의해 합성
특성:
- Hydrophilic head group을 포함하지 않음
- 전적으로 hydrophobic molecule
- 결과: Bilayer가 아닌 3차원 droplet으로 aggregate
독특한 구조: Phospholipid Monolayer
Monolayer의 형성
이러한 hydrophobic droplet이 세포의 수용성 cytosol에 존재하기 위해:
배열:
- 표면이 phospholipid로 덮임
- Hydrophobic acyl chain이 lipid droplet을 향함
- Hydrophilic head group이 cytosol을 향함
결과:
- Lipid droplet은 phospholipid의 monolayer로 둘러싸임
- 세포의 다른 모든 membrane-bounded compartment를 정의하는 bilayer가 아님
표면 단백질
Lipid droplet의 표면은 다양한 protein을 포함한다:
- 일부는 lipid metabolism에 관여하는 enzyme
- Monolayer에 embedded되거나 associated됨
형성 메커니즘
위 그림은 lipid droplet 형성의 model을 보여준다:
1. Neutral Lipid의 축적
위치: ER membrane
- Neutral lipid (triacylglyceride와 cholesterol ester)가 만들어짐
- ER membrane의 두 monolayer 사이에 축적됨
- 두 monolayer 사이에 lens-like structure 형성
Lens 형성:
- Triacylglyceride와 cholesterol ester가 ER membrane에서 만들어지고 축적됨
- Self-aggregate함
2. Seipin과 Assembly Factor
Seipin:
- Transmembrane protein
- 여러 copy가 ring으로 조립됨
- Lipid droplet assembly factor와 함께
Triacylglyceride 존재 시:
- Seipin이 assembly factor로부터 dissociate
- Assembly factor가 ER membrane의 cytosolic monolayer로 이동
3. Budding과 Pinch-off
Assembly factor가 다음 과정을 촉진한다:
- Droplet이 bud
- Nonpolar lipid로 채워짐
- 독특한 organelle로 pinch off
- 단일 monolayer의 phospholipid로 둘러싸임
- Associated protein 포함
4. 성장과 융합
일부 세포 (adipocyte 등):
- Droplet이 융합함
- 거대한 크기에 도달 가능
빠른 형성
Lipid droplet은 빠르게 형성된다:
- 세포가 높은 농도의 fatty acid에 노출될 때
- ER membrane으로부터 형성
- 많은 lipid metabolism enzyme이 ER에 localized됨
특수한 분비: Lipoprotein Particle
일부 특화된 세포 (liver cell, enterocyte):
Enterocyte:
- 장의 absorptive cell
과정:
- Droplet이 ER lumen으로 bud
- Lipoprotein particle로 분비됨
- Triglyceride 형태로 metabolic energy를 몸 전체로 이동
Lipid Droplet의 중요성
Lipid droplet은 여러 중요한 역할을 한다:
- Energy storage: Metabolic energy의 효율적 저장
- Membrane biogenesis: Membrane 합성을 위한 lipid 제공
- Lipid homeostasis: 세포 내 lipid 수준 조절
- Protection: 과도한 fatty acid로부터 세포 보호
- Signaling: Lipid-derived signaling molecule의 reservoir