Control of lipid droplets biogenesis by the seipin complex in budding yeast

Abstract

Most cells store energy in lipid droplets (LDs), specialized storage organelles composed of a neutral lipid core that, during their biogenesis, is packaged into a single phospholipid monolayer decorated with specific proteins. Regulation of LDs size and number requires the function of the conserved ER protein Seipin/Fld1, however the molecular function of this protein remains poorly understood. Yeast seipin Fld1 is in complex with Ldb16, an uncharacterized ER protein. Like fld1Δ cells, LDB16 deletion mutant displays a similar aberrant LDs morphology phenotype: lower number of supersized LDs (SLD) or tiny and clustered LD aggregates, depending on the absence or presence of the phospholipid precursor inositol in the media, respectively. The growth stage of cells also impacts on the relative distribution of these phenotypes: while LD aggregates predominate in dividing cells, SLDs are found primarily in stationary phase cells. We found that the complex formed by Ldb16 and Fld1 is required for normal LDs phenotype. In particular, this dual LD morphology is not observed for any other mutants studied so far suggesting that Fld1/Ldb16 have a unique role in LD biogenesis. Combining mass spectrometry analysis on purified LDs with light microscopy, we found that the distribution of many ER and LDs proteins is altered in these mutants. Analysis of a subset of proteins enriched at LDs surface in mutant cells indicated that the physical properties of clustered LDs may differ from those of supersized LDs. Moreover our data obtained by following the process of LDs biogenesis in presence or absence of inositol points toward a role for Fld1/Ldb16 complex in organizing membrane domains at LDs assembly site. In the absence of the complex, the segregation between the two compartments could be lost and the assembly of LDs is impaired resulting in defects in phospholipid packing that is exacerbated in inositol presence. We propose a function in facilitating the establishment of LD identity by acting as a diffusion barrier at the ER-LD contact sites

La mayoría de las células almacenan la energía en partículas lipídicas, también conocidas como “lipid droplets” (LD), unos orgánulos especializados compuestos por un núcleo de lípidos neutros que, durante su biogénesis, se empaqueta de forma coordinada en una monocapa de fosfolípidos decorada con proteínas específicas. La regulación del tamaño y número de LDs requiere la función de la proteína conservada de retículo endoplasmático (RE) Seipina/Fld1. Sin embargo, la función molecular exacta de esta proteína no está clara. La seipina/Fld1 de levadura está en complejo con Ldb16, una proteína de RE no caracterizada. Como las células fld1Δ, la deleción del gen correspondiente a esta proteína muestra la misma doble morfología aberrante de LDs: un LD individual y de tamaño gigante (SLD, “single and supersized LD”) o LDs pequeños y agrupados, en función de la ausencia o presencia, respectivamente, del precursor fosfolipídico inositol en el medio. La fase de crecimiento de las células también influye en la distribución relativa de estos fenotipos: mientras que los agregados de LDs predominan en las células en división, los SLDs se encuentran principalmente en células en fase estacionaria. Observamos que el complejo formado por Ldb16 y Fld1 es necesario para el fenotipo de LDs normal. En particular, esta doble morfología de LDs no se observa en ningún otro mutante estudiado hasta ahora, lo que sugiere que Fld1 / Ldb16 tiene un papel único en la biogénesis de LDs. Combinando el análisis de espectrometría de masas en LDs purificados con microscopía, se observó que la distribución de muchas proteínas de RE y LDs estaba alterada en estos mutantes. Los cambios observados en un subconjunto de proteínas enriquecidas en la superficie de las LDs, nos indicaron que las propiedades físicas de los LDs agrupados podrían diferir de las de los LDs gigantes. Los datos obtenidos siguiendo el proceso de biogénesis de LD sugieren que el complejo Fld1/Ldb16 organiza dominios de membrana en los sitios de ensamblaje de LDs, y en su ausencia la segregación entre RE y LDs pueden perderse. Proponemos que la función del complejo Fld1/Ldb16 es facilitar el establecimiento de la identidad del LD, actuando como una barrera de difusión en los sitios de contacto RE-LD.