L-セリン欠乏は、細胞毒性のデオキシスフィン脂質の細胞内蓄積と脂質体の形成を誘発します

L-セリンは、ホスファチジルセリンやスフィンゴ脂質などの膜脂質を合成するために必要です。それにもかかわらず、L-セリンを合成する能力の低下が、細胞や組織の脂質恒常性にどのように影響するかはほとんど不明のままです。ここでは、外部L-セリンの剥奪が、1-デオキシフィンガニンを含む1-デオキシスフィン脂質（DOXSL）の生成につながることを示しています。L-セリンのde novo合成の最初のステップ。新しい質量分析に基づくリピドームアプローチは、1-デオキシジヒドロセラミドが、L-セリンが剥離したKO-MEFに蓄積された最も豊富なDOXSLSであることを実証しました。KO-MEFSの正常なスフィンゴ脂質種の中で、スフィンギャニン、ジヒドロセラミド、セラミド、ヘキソシルセラミドのレベルは、外部Lセリンの剥離後に大幅に減少しましたが、スフィンゴミエリン、スフィンゴシン、およびスフィンゴシン1-リン酸のレベルは抑制されました。DOXSLSの合成は、培地にL-セリンを補充することで抑制されましたが、培地中のL-アラニンとL-セリンの比率を増加させることにより増強されました。L-セリンとは異なり、外部L-ロイシンの細胞を脱ぐことは、DOXSLの発生を促進しませんでした。KO-MEFSから得られた結果と一致して、マウスにおけるPHGDHの脳特異的欠失は、脳内のDOXSLの蓄積をもたらしました。さらに、L-Serine欠陥のあるKO-MEFSは、DOXSLおよび他のスフィンゴ脂質を含むサイトゾル脂質体の形成の増加を示しました。これらのin vitroおよびin vivoの研究は、PHGDHを欠く細胞およびL-セリンのde novo合成におけるL-アラニンに対するL-アラニンに対するL-アラニンとL-セリンの高比の存在下で生成されることを示しています。このアミノ酸の外部供給は限られています。

L-serine is required to synthesize membrane lipids such as phosphatidylserine and sphingolipids. Nevertheless, it remains largely unknown how a diminished capacity to synthesize L-serine affects lipid homeostasis in cells and tissues. Here, we show that deprivation of external L-serine leads to the generation of 1-deoxysphingolipids (doxSLs), including 1-deoxysphinganine, in mouse embryonic fibroblasts (KO-MEFs) lacking D-3-phosphoglycerate dehydrogenase (Phgdh), which catalyzes the first step in the de novo synthesis of L-serine. A novel mass spectrometry-based lipidomic approach demonstrated that 1-deoxydihydroceramide was the most abundant species of doxSLs accumulated in L-serine-deprived KO-MEFs. Among normal sphingolipid species in KO-MEFs, levels of sphinganine, dihydroceramide, ceramide, and hexosylceramide were significantly reduced after deprivation of external L-serine, whereas those of sphingomyelin, sphingosine, and sphingosine 1-phosphate were retained. The synthesis of doxSLs was suppressed by supplementing the culture medium with L-serine but was potentiated by increasing the ratio of L-alanine to L-serine in the medium. Unlike with L-serine, depriving cells of external L-leucine did not promote the occurrence of doxSLs. Consistent with results obtained from KO-MEFs, brain-specific deletion of Phgdh in mice also resulted in accumulation of doxSLs in the brain. Furthermore, L-serine-deprived KO-MEFs exhibited increased formation of cytosolic lipid bodies containing doxSLs and other sphingolipids. These in vitro and in vivo studies indicate that doxSLs are generated in the presence of a high ratio of L-alanine to L-serine in cells and tissues lacking Phgdh, and de novo synthesis of L-serine is necessary to maintain normal sphingolipid homeostasis when the external supply of this amino acid is limited.