박테리아 식단이 C. elegans의 지질 대사를 인지질 합성 경로를 통해 조절한다

Core Concepts

박테리아 유래 비타민 B12가 S-아데노실메티오닌(SAM) 및 인지질 합성 경로를 활성화시켜 인지질 수준을 높이고, 이를 통해 지방 생합성 유전자 fat-7의 발현을 억제하고 지방 구적 동역학을 조절함으로써 C. elegans의 지질 함량을 감소시킨다.

Abstract

이 연구는 C. elegans를 모델로 하여 식단이 숙주의 지질 대사에 미치는 영향을 조사하였다. 연구진은 두 가지 다른 박테리아 식단(Comamonas aquatica DA1877 및 Escherichia coli OP50)을 먹인 C. elegans의 지질 함량과 대사 경로를 분석하였다.
주요 결과는 다음과 같다:

DA1877 식단을 먹인 C. elegans에서 중성 지질 함량이 크게 감소하였다.
전사체 분석 결과, DA1877 식단은 지방 생합성 유전자 fat-7의 발현을 크게 억제하였다.
유전학적 스크리닝을 통해 비타민 B12 수송체 pmp-5, 1C 대사 효소 sams-1, 인지질 합성 효소 cept-1이 DA1877 식단에 의한 fat-7 억제에 관여함을 밝혔다.
비타민 B12는 SAM 및 인지질 합성 경로를 활성화시켜 인지질 수준을 높이고, 이를 통해 SBP-1 전사인자 매개 지방 생합성 억제와 SEIP-1 매개 지방구 동역학 변화를 유도한다.
또한 산 스핑고미엘리나제 ASM-3이 인지질 합성 경로에 피드백 조절을 하여 DA1877 식단에 의한 지질 감소에 기여한다.
ASM-3은 장관 세포에서 분비되어 체강 식세포(coelomocyte)로 전달되어 지질 대사 조절에 관여한다.

이상의 결과는 미량 영양소인 비타민 B12가 인지질 대사 경로를 중심으로 다양한 조절 기작을 통해 숙주의 지질 항상성을 조절하는 메커니즘을 규명하였다.

Stats

DA1877 식단을 먹인 C. elegans의 중성 지질 함량은 OP50 식단 대비 크게 감소하였다.
DA1877 식단은 지방 생합성 유전자 fat-7의 발현을 13.3%까지 감소시켰다.
DA1877 식단은 1C 대사 중간체인 메티오닌, SAM, SAH 수준을 증가시켰다.
DA1877 식단은 인지질 합성 효소 PCYT-1의 핵 내 이동을 유도하여 인지질 수준을 높였다.
DA1877 식단은 산 스핑고미엘리나제 ASM-3의 발현을 10배 이상 증가시켰다.

Quotes

"비타민 B12는 SAM 생산을 촉진하여 인지질 합성 경로를 활성화시키고, 이를 통해 지방 생합성 유전자 fat-7의 발현을 억제한다."
"인지질 수준 증가는 지방구 동역학 조절 단백질 SEIP-1의 지방구 결합을 감소시켜 지방구 생성을 억제한다."
"ASM-3은 장관 세포에서 분비되어 체강 식세포로 전달되어 지질 대사 조절에 관여한다."

Key Insights Distilled From

Dietary bacteria control C. elegans fat content through pathways converging at phosphatidylcholine

by Han,H., Nien... at www.biorxiv.org 02-28-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.24.581900v2

Deeper Inquiries

질문 1

식단 변화에 따른 지질 대사 조절 기작이 다른 동물 모델에서도 유사하게 나타나는지 확인해볼 필요가 있다.

답변 1

이 연구 결과는 C. elegans를 사용하여 얻었지만, 다른 동물 모델에서도 유사한 지질 대사 조절 기작이 나타날 수 있다는 가능성이 있습니다. 다른 동물 모델에서도 식이 요인이 지질 대사에 미치는 영향을 조사하고, 특히 비타민 B12와 같은 미량 영양소가 지질 대사를 어떻게 조절하는지 확인하는 연구가 필요할 것입니다. 이러한 연구를 통해 다양한 동물 모델에서의 식이 변화에 따른 지질 대사 조절 기작을 비교하고, 공통된 메커니즘을 식별할 수 있을 것입니다.

질문 2

비타민 B12 이외에 다른 미량 영양소들이 지질 대사에 미치는 영향을 추가로 조사할 필요가 있다.

답변 2

비타민 B12 외에도 다른 미량 영양소가 지질 대사에 미치는 영향을 조사하는 것은 매우 중요합니다. 예를 들어, 오메가-3 지방산, 비타민 D, 아연 등의 미량 영양소가 지질 대사에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 영양소들이 어떻게 지질 대사를 조절하고, 비타민 B12와의 상호작용이 있는지에 대한 추가 연구가 필요합니다. 이를 통해 다양한 영양소가 지질 대사에 미치는 영향을 종합적으로 이해할 수 있을 것입니다.

질문 3

이 연구 결과를 바탕으로 지질 대사 관련 질환 치료를 위한 새로운 식이 중재 전략을 개발할 수 있을까?

답변 3

이 연구 결과는 지질 대사를 조절하는 복잡한 네트워크를 밝혀내었으며, 이를 통해 지질 대사 관련 질환 치료를 위한 새로운 식이 중재 전략을 개발할 수 있는 가능성이 있습니다. 예를 들어, 비타민 B12 및 PC와 관련된 식이 요인을 조절하여 지질 대사를 개선하거나 지질 대사 이상을 치료하는데 활용할 수 있을 것입니다. 또한, 다른 미량 영양소가 지질 대사에 미치는 영향을 고려하여 종합적인 식이 중재 전략을 개발하고, 이를 통해 지질 대사 관련 질환의 예방 및 치료에 기여할 수 있을 것입니다.