Abstract Lipid droplet (LD) is a monolayer phospholipid membrane-bound organelle found in all eukaryotes and several prokaryotes which plays key roles in cellular lipid homeostasis and human health. The origin and evolution of the organelle remains unknown. Here, we report that through screening over 660 bacteria using biophysical and biochemical methods, plus LD isolation and proteomic tool, LDs were identified in most of these microbes, affiliated with five main bacterial phyla. Moreover, LDs were also identified in E. coli overexpressing lipid synthesis enzymes, indicating that bacteria without detectable LDs possessed the ability of LD biogenesis. The similarity of isolated LDs from representative strains and evolutionary analysis of LD major protein PspA demonstrate that LDs were conserved in bacteria. Furthermore, time-lapse imaging revealed that LDs were inheritable accompanying with bacterial growth and division. Finally, a common ancestor of LD-containing bacteria was predicted to originate 3.19 billion years ago by a phylogenetic analysis. Our findings suggest that LD is a widespread and inheritable organelle from an ancient common ancestor.

Abstract Over the past decade, great progress in sequencing technologies and computational biology has revealed that the majority of the mammalian genome considered to be noncoding is rich in functional elements able to produce proteins. Many RNA molecules, mis-annotated as noncoding, actually harbor small open reading frames that are predicted to code for proteins. Some of those proteins have been verified to play critical roles in multiple biological processes. The lipid droplet (LD) is a unique cellular organelle, conserved from bacteria to humans, and is closely associated with cellular lipid metabolism and metabolic disorders. No noncoding RNA-coded proteins have been identified on LDs. Here, for the first time, we searched the organelle for their presence. After the enrichment of small proteins of LDs isolated from myoblasts, we used mass spectrometry coupled with our lab made protein database to identify LD-associated noncoding RNA-encoded proteins (LDANPs). A total of 15 new proteins were identified. One of them was studied further and termed LDANP1. LDANP1 was localized on LDs by imaging, cell fractionation, and immunogold labeling. Like LD resident proteins, LDANP1 was degraded by the proteasome. Using the CRISPR/Cas9-mediated genome editing technique, the endogenous expression of LDANP1 was validated. The stable expression of LDANP1 suppressed the accumulation of triacylglycerol in oleic acid treated myoblasts and inhibited the rescue of palmitate-inhibited insulin sensitivity by oleic acid. In summary, we report for the first time that translatable, nominally noncoding RNA-derived proteins, which are new and cannot be identified using current research methods, were associated with LDs and that among these, LDANP1 modulated lipid metabolism and insulin sensitivity. The discovery of noncoding RNA-encoded proteins on LDs paves a new way for the research of LDs and lipid metabolism.

Dehydrogenase/reductase (SDR family) member1, DHRS1, a member of the conserved short chain dehydrogenase/reductase (SDR) superfamily, has been identified in lipid droplets proteome of different cells and tissues. However, until now, little is known about the potential role of DHRS1 on the lipid droplet (LD). Here, we report that DHRS1 localized to the lipid droplet in Huh7 and HeLa cells and ectopic expression of DHRS1 in HeLa cell induced a significant change in the lipid droplet morphology resulting in nearly 2 fold increase both in lipid droplet size and total triacylglycerol level independent of oleic acid treatment. DHRS1 interacted with ERLIN1, a non-caveolae lipid raft-like domain marker, in HeLa cell and ERLIN1 deficient HeLa cells displayed no detectable change in LD morphology. Although ectopic expression of DHRS1-GFP fusion protein in ERLIN1 deficient HeLa cells resulted in fewer GFP-labeled ring structures relative to WT HeLa cell; thus suggesting that ERLIN1 may be involved in regulating DHRS1 protein turnover. Taken together, these data showed that DHRS1 localized to the LD and induced a significant change in LD morphology which may be regulated by ERLIN1.