Unveiling the clearance mechanism of cellular lipid droplets by inducing autophagy with SB2301

Abstract

Cells utilize stored lipids as an energy source in two ways: lipolysis and lipophagy. Lipophagy, a subset of selective autophagy, was first reported in 2009, and thereafter studies have been steadily reporting that lipophagy plays an important role in lipid metabolism. For instance, disturbances in lipophagy are highly correlated to various metabolic diseases such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). However, despite this significance, the detailed regulatory mechanisms remain poorly elucidated compared to other types of selective autophagy. In addition, the lack of suitable reference compounds for studying lipophagy is one of the limitations of this research field. In this dissertation, I reported a novel lipophagy inducing small molecule, SB2301. This small molecule activates lipophagy in a different way from other autophagy inducers such as rapamycin. SB2301 was discovered from pDOS library using an image-based high throughput screening system. Further mechanistic studies revealed that SB2301 alters the phospholipid composition on the lipid droplet membrane and makes it unstable. The destabilized lipid droplets spontaneously merge and become ubiquitinated for degradation. By inducing autophagy with SB2301, I unveiled that a ubiquitin-mediated lipophagy mechanism exists and that changing lipid droplet membrane composition can induce lipophagy. This drug discovery shows potential breakthroughs for studying lipophagy.

세포가 지방방울에 저장되어 있는 지방을 에너지원으로 사용하는 방법은 2가지가 있다. Lipolysis와 lipophagy이다. Lipophagy는 선택적인 자가포식작용의 한 예시로 2009년에 처음 보고된 이후, 지방 대사에서 중요한 역할을 담당한다는 사실이 꾸준히 보고되고 있다. 예를 들면 lipophagy에 문제가 생기는 경우에 비알코올성 지방간과 같은 다양한 대사질환이 발병된다는 연구결과가 있다. 이러한 중요성에도 불구하고, lipophagy는 다른 종류의 자가포식작용에 비해 구체적인 조절 메커니즘이 밝혀지지 않았다. 뿐만 아니라 lipophagy를 유도하는 적절한 물질이 없다는 것도 lipophagy 연구에 큰 걸림돌이 되고 있다. 본 학위 논문은 lipophagy를 유도하는 물질인 SB2301에 대해서 보고하고자 한다. SB2301은 lipophagy를 유도할 수 있는 물질로, 이미지 기반 스크리닝을 통해 pDOS 라이브러리로부터 발굴되었다. 작용기전 연구를 통해 SB2301이 지방방울 표면의 인지질 조성을 바꾼다는 것이 밝혀졌으며, 이는 지방방울을 불안정하게 만드는 원인이 된다. 불안정한 지방방울은 자발적으로 합쳐지며 커다란 지방방울을 형성하고, 최종적으로 유비퀴틴화 되어 제거된다. SB2301이 자가포식작용을 유도하는 과정을 연구하면서 ubiquitin-mediated lipophagy라는 메커니즘의 존재를 처음 밝혔으며, 지방방울 표면의 인지질 조성을 바꾸는 것 만으로도 lipophagy를 활성화시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다. 본 연구는 lipophagy를 연구하는데 있어서 하나의 이정표가 될 것이다.