脂肪酸代谢是保障生物体内各种组织和细胞正常运作的重要生命过程。人体内脂肪酸代谢的紊乱会导致肥胖症,发育,衰老及神经系统相关的多种疾病。在生物体内,β-氧化是脂肪酸分解代谢的最重要而且占比例最大的途径。然而脂肪酸代谢还有一种叫α-氧化的途径,即在α-碳原子上发生的氧化作用。脂肪酸α-氧化的起始步骤是在脂肪酸的C-2位置上发生羟基化,并且生成2羟基鞘脂。脂肪酸2羟基化酶FA2H(Fatty acid 2-hydroxylase)催化脂肪酸的2羟基化并生成2羟基化脂肪酸。然而,我们对脂肪酸2羟基化酶和2羟基化脂肪酸在整个细胞内稳态维持过程中起到何种确切的作用仍然不是很清楚。在本课题中,我们利用秀丽隐杆线虫做为模式生物,研究哺乳动物脂肪酸2羟基化酶FA2H的同源蛋白FATH-1/C25A1.5的生理学功能。我们具体采用了以下的研究方法:(1)利用软件对秀丽线虫FATH-1与哺乳动物FA2H的同源性进行分析,构建GFP荧光融合蛋白确定FATH-1在秀丽隐杆线虫体内的表达情况和空间定位。(2)通过RNAi技术敲降fath1并记录秀丽隐杆线虫的整体表型,定量分析FATH-1功能缺失后秀丽隐杆线虫体长和寿命的变化,敲降特定组织中的fath-1后确定FATH-1在哪个组织中起到关键性的作用,并外源加入2羟基化脂肪酸拯救敲降fath-1后的秀丽隐杆线虫来揭示FATH-1是如何发挥生物学功能的。(3)利用“click chemistry”实验方法来标记2羟基化脂肪酸,然后与其他膜性细胞器进行共定位分析来确定2羟基化脂肪酸的亚细胞定位情况。(4)通过敲降一系列标记各种亚细胞结构、细胞器以及生命过程虫株中的fath-1表达,来研究FATH-1在亚细胞层面上的生物学功能。(5)利用脂肪酸的质谱分析以及外源加入脂肪酸拯救FATH-1功能缺失的秀丽隐杆线虫,来研究FATH-1发挥生物学功能的关键代谢产物以及分子机制。实验结果如下:(1)通过对基因序列的分析,我们发现秀丽隐杆线虫中FATH-1的主要结构域与哺乳动物高度相似。通过转基因融合蛋白报告系统,我们发现fath-1在秀丽隐杆线虫的大部分生长发育阶段和大多数组织中都有表达。(2)秀丽隐杆线虫体内的.fath-1表达缺失会导致虫体生长延缓以及缩短其存活的时间。敲降组织特异性RNAi虫株中的fath-1后,结果显示FATH-1主要在秀丽隐杆线虫的肠组织而不是在表皮组织中发挥关键性的生物学功能。利用外源的2羟基化脂肪酸拯救FATH-1功能缺失的秀丽隐杆线虫揭示了 FATH-1是通过其催化产物(R)-2-OH FA来发挥主要的生物学功能,并且其拯救效果与催化产物的三维构象有关。(3)利用“click chemistry”的方法,我们成功地标记了秀丽隐杆线虫体内的FATH-1催化产物的外源类似物2羟基化脂肪酸,染色结果显示2羟基化脂肪酸及其衍生物主要分布在一部分膜结构的细胞器中,并在肠道的顶膜区域有所富集。(4)在亚细胞层面,我们发现fath-1表达的缺失抑制了脂滴的形成、破坏了过氧化物酶体和顶膜内体、诱导了自噬的发生以及内质网应激反应。(5)利用质谱对FATH-1功能缺失的突变体进行脂组学分析,我们发现十七碳烯酸显著地减少,外源喂食十七碳烯酸可以拯救敲降fath-1秀丽线虫的生长发育和亚细胞层面上的缺陷,但十八碳烯酸则不能。综上所述,我们在本课题中以秀丽隐杆线虫做为模式生物,研究脂肪酸2羟基化酶及其衍生物的分布和功能。我们发现FATH-1对于维持秀丽隐杆线虫的正常生长发育和存活较为重要,FATH-1主要通过动态地调节肠道中内体、过氧化物酶体以及脂滴来发挥其生物学功能。这些发现也揭示了 FATH-1在发挥生物学功能时体现的出乎意料的高度特异性。我们的研究表明FATH-1及其催化产物在手性、碳链的长度、空间分布和影响细胞器的形式等方面是高度特异的。而且这种羟基化脂肪酸合成以及功能方面的高度特异性可以帮助调节蛋白的运输和脂肪代谢,因此来维持肠细胞的细胞内环境的稳定。这些发现将有助于我们理解跨物种层面的FA2H的生物学功能,并且为FA2H相关疾病提供潜在的分子靶点及治疗方法。