Biologin är inbäddad i lipider:fetter, oljor, och till och med växer omsluter celler och deras organeller, förmedla flödet av stora biologiska informationsnätverk, skydda ömtåliga vävnader, och lagra viktig energi i flera organismer.
Men trots deras betydelse, lipider har traditionellt varit bland de svåraste biomolekylerna att studera på grund av mångfalden av deras molekylära strukturer, som inte bestäms av de väldefinierade byggstenarna och enkla regler som styr DNA, RNA, och proteiner. Och denna mångfald innebär att, till skillnad från att bygga och analysera genom- och transkriptomdatabaser, lipider kräver mer anpassade analytiska procedurer.
På grund av detta, det är mycket svårt att studera antingen den fysiologiska funktionen hos de allra flesta lipidarter eller hur de är så exakt reglerade i celler. Men medan lipidomteknikerna utvecklas, att översätta sina resultat till medicinska tillämpningar och införa dem i kliniska laboratorier är fortfarande en stor utmaning.
Detta är utmaningen som teamet av Johan Auwerx på EPFL, i samarbete med Dave Pagliarinis grupp vid University of Wisconsin-Madison tog på sig genom att mäta nästan 150 lipidarter i blod och lever hos möss. De följde också upp detta genom att identifiera de genetiska regulatorerna för varje lipidart samt deras fysiologiska funktioner.
Forskarna använde systemgenetiska metoder för att kombinera lipidomikdata med andra "omics" -uppsättningar (fenomik, proteomik, transkriptomik) från denna population av möss (så kallad BXD). Metoden identifierade plasma- och blodlipidarter från olika lipidklasser som signaturer av friska eller ohälsosamma metaboliska tillstånd.
Till exempel, forskarna demonstrerade sju plasmatriglyceridarter som signaturer för frisk eller fet lever och alkoholfri fettleversjukdom (NAFLD). Deras observation validerades i en oberoende diet- och terapeutisk modell av NAFLD hos möss och i plasma från patienter med NAFLD.
"Detta fynd väcker optimism om att lipidarter kan fungera som signaturer eller biomarkörer som kommer att ersätta de invasiva vävnadsbiopsier som för närvarande används för att diagnostisera sjukdomar som NAFLD - helt enkelt genom att mäta specifika lipidarter i blodet, säger Johan Auwerx.
I en följeslagare som publicerades samtidigt, författarna identifierar som underskrifter av frisk eller fet lever en delmängd av kardiolipinlipiderna, som är de väsentliga fosfolipiderna i mitokondriernas inre membran.
I båda tidningarna, forskarna identifierar flera genetiska platser som kan reglera produktionen av lipidarter. Genom att jämföra de genetiska data från BXD-muspopulationen med data från så kallade genomomfattande associeringsstudier av lipidrelaterade störningar hos människor, de kunde identifiera vanliga gener mellan möss och människor som reglerar lipider.
"Att analysera lipider och hitta deras fysiologiska roll är kanske aldrig lika enkelt som att studera nukleinsyror eller proteiner, "säger Auwerx." Men dessa följeslagande studier ger en grund för att förstå den genetiska regleringen och den fysiologiska betydelsen av lipidarter, samtidigt som det återigen visar potentialen för Big Data -gruvdrift för att ta itu med biologiska och kliniska frågor. "
