Abstract Rab18 has been linked to lipid metabolism and metabolic diseases in different model systems, but the mechanism of Rab18-mediated lipid droplet (LD) dynamics in muscle cells remains elusive. Here, we report that Rab18 plays an essential role in oleic acid (OA)-induced LD growth and formation in mouse myoblast cell line C2C12. Rab18 was translocated from endoplasmic reticulum (ER) to LDs during the LD growth induced by OA in C2C12 cells, which was directly regulated by perilipin 2 (PLIN2), a LD resident protein. LD-associated Rab18 bound with the C terminus of PLIN2, and the LD localization of Rab18 was diminished after PLIN2 deletion. Moreover, loss of function of Rab18 led to less triacylglycerol (TAG) accumulation and fewer but larger LD formation. In contrast, expression of wild type Rab18 and a constitutively active Rab18 (Q67L) mutant resulted in elevated TAG content and LD number. Furthermore, LD-associated Rab18 interacted with acyl-CoA synthetase long-chain family member 3 (ACSL3) and in turn, promoted the LD localization of ACSL3, which may play an important role in the accumulation of TAG induced by OA. These data showed that Rab18 was recruited to LD after OA treatment, and formed a complex with PLIN2 and ACSL3, which contributes to TAG accumulating and LD growth.

SUMMARY New strategies to decode the specific protein targeting mechanism on lipid droplet (LD) are urgently needed. Using adiposome, the LD binding of perilipin 2 (PLIN2), perilipin 3 (PLIN3), and adipose triglyceride lipase (ATGL) were studied. Scatchard analysis found that the binding of PLIN2 to the adiposome surface was saturable, pointing to a specific membrane binding partner. Phosphatidylinositol (PI) was found to inhibit PLIN2 binding while it did not impede PLIN3. Structural analysis combined with mutagenesis revealed that the 73 rd glutamic acid of PLIN2 is significant for the effect of PI on the protein binding. The presence of PI significantly stimulated the activity of ATGL in vitro . The phosphorylation site mutants of ATGL were found reducing the lipase activity in the adiposome system. Our study demonstrates the utility of adiposome as a powerful, manipulatable model system for the characterization of LD binding and enzymatic activity of LD proteins in vitro .

Summary Recent research has accumulating evidence to support that gut microbiota can be a newly discovered organ/tissue for humans. Although the functions of gut microbiota have been linked to almost all aspects of human physiological, most findings so far are still either belonged to correlational research or at preliminary stage of causal study due to the complexity of gut microbiota as well as lack of proper tools and methods. Thus, development of new approaches is essential and necessary. Lipid droplet is a cellular organelle governing cell lipid homeostasis that is directly related to human metabolic syndromes. Previously we and other groups found lipid droplets in several bacterial strains. We wonder if gut bacteria have lipid droplets. If so, these bacteria may play key roles to regulate gut lipid content, remove unnecessary lipids and produce useful lipid molecules for host. Here we identified lipid droplet-like structures in freshly isolated bacteria from mouse small and large intestines, as well as mouse and human feces. We also purified and analyzed lipid droplets from a cloned human gut bacterium Streptomyces thermovulgaris . Together, we demonstrate the existence of lipid droplets in gut microbiota and established an approach to study them.