Characterization of dysferlin domain-containing peroxins in lipid droplet biogenesis

Abstract

Lipid droplets (LDs) are ubiquitous organelles of crucial importance in cell biology, understanding of human diseases and biotechnology because they are cellular reservoirs of neutral lipids for energy production or membrane synthesis and act as hubs for metabolic processes. Despite continued efforts, the molecular mechanisms of LD biogenesis are not completely understood. Recent reports indicated that LD biogenesis and formation of pre-peroxisomal vesicles, which are involved in peroxisomes biogenesis, occur at the same endoplasmic reticulum (ER) sites, suggesting that these sites are specific and distinct from bulk ER. Moreover, the ER budding of both these structurally unrelated organelles involves cooperation between Seipin and Pex30p, since, in absence of these proteins, budding of these organelles is inhibited. However, the molecular mechanisms regarding this cooperation remain elusive. Since no peroxin of pex30p family - dysferlin domain-containing peroxin family - has been described before as involved in LD biogenesis, it is unclear how Pex30p is localised to the LDs in absence of the Seipin complex. It is also unknown what is the central function of Pex30p in LD budding and whether other peroxins of the same family of Pex30p are also involved in LD biogenesis. In the present work, we show that all dysferlin domain-containing peroxins accumulate at LDs in absence of the Seipin complex. However, Pex28p, Pex29p, Pex31p and Pex32p do not exert the same function as Pex30p in LD budding. Nevertheless, we demonstrate that some of these peroxins seem to regulate and target Pex30p to other organelles in specific metabolic conditions. We also found the novel role of dysferlin domain as essential for Pex30p localisation at the LDs and this propriety is conserved among some of the dysferlin domain-containing peroxins. We propose that the dysferlin domain-containing peroxins associate in a protein complex and act in concert to define their localisation and function in response to the metabolic conditions. Such a complex may then regulate intracellular communication among several organelles in which dysferlin domain-containing peroxins play several functions, contributing to coordinate organelle biogenesis and, consequently, cell homeostasis.

Partículas lipídicas (PLs) são organelos ubíquos de crucial importância em biologia celular, na compreensão de doenças humanas e em biotecnologia, uma vez que são reservatórios celulares de lípidos neutros para produção de energia e síntese de membranas, assim como atuam como centro dos processos celulares metabólicos. Apesar de esforços contínuos, o mecanismo molecular de biogénese de PLs não é completamente compreendido. Publicações recentes indicaram que a biogénese de PLs e a formação de vesiculas pré-peroxissomais, que estão envolvidas na biogénese de peroxissomas, ocorre nos mesmos locais do retículo endoplasmático (RE), sugerindo que estes domínios são específicos e distintos do restante RE. Para além disso, o budding destes organelos estruturalmente distintos envolve cooperação entre Seipin e Pex30p. Contudo, os mecanismos moleculares relativos a esta cooperação continuam desconhecidos. Visto que nenhuma peroxina da família de Pex30p - peroxinas com domínio disferlina - foi antes descrita como envolvida na biogénese de PLs, não é claro como é que Pex30p se localiza nas PLs na ausência do complexo Seipin. A função central de Pex30p também é desconhecida, assim como se outras peroxinas da mesma família também estão envolvidas na biogénese de PLs. Neste trabalho foi observado que todas as peroxinas com domínio disferlina acumulam-se nas PLs na ausência do complexo Seipin. Contudo, Pex28p, Pex29p, Pex31p e Pex32p não exercem a mesma função que Pex30p no budding de PLs. Porém, foi demonstrado que algumas destas peroxinas parecem regular e definir a localização de Pex30p em condições metabólicas especificas. Também foi examinado que o domínio disferlina é essencial para a localização de Pex30p nas PLs e esta propriedade é conservada entre algumas das peroxinas da sua família. Deste modo, é proposto que as peroxinas com domínio disferlina associam-se num complexo proteico e atuam em conjunto para definir a sua localização em resposta ao estado metabólico da célula. Este tipo de complexo pode regular a comunicação intracelular entre diversos organelos em que as peroxinas com domínio disferlina realizam diversas funções, contribuindo para coordenar a biogénese de organelos e, consequentemente, a homeostasia celular.