Összefonódott és finoman kiegyensúlyozott: Endoplazmatikus retikulum morfológia, dinamika, működés és betegségek 4. rész

3. ER Dynamics

Az ER nemcsak szervezetében, hanem mozgásában is összetett. Az ER dinamikájának megértése lassabb volt, mint az ER morfológiája, mivel a nyíl tubulusok, valamint a hálózat állandó mozgása és átrendeződése az ER-t kihívást jelentő képalkotássá teszi.

Az endoplazmatikus retikulum a sejtek egyik fontos szerve, és számos fontos biológiai funkcióval rendelkezik, mint például a fehérjeszintézis, a glikozilációs reakció, a lipidszintézis és -lebontás, az iontranszport és -tárolás stb. Ezen túlmenően a kutatások azt mutatják, hogy szoros kapcsolat van az endoplazmatikus retikulum és a memória között.

Először is, az endoplazmatikus retikulum nagyon fontos szerepet játszik a neuronok normális élettani funkcióinak fenntartásában. Számos tanulmány kimutatta, hogy az endoplazmatikus retikulum diszfunkció zavarokhoz vezethet a neuronok fejlődésében és érésében, ezáltal befolyásolva az emberek tanulási és memóriaképességét. Ugyanakkor az endoplazmatikus retikulum részt vesz a neuronok szinaptikus plaszticitásában is. A reverz transzport és a kalciumion-felszabadulás szabályozásán keresztül részt vesz a szinaptikus plaszticitás kialakításában és fenntartásában, mint például a hosszú távú potencírozás és a hosszú távú depresszió.

Másodszor, a kutatások azt mutatják, hogy az endoplazmatikus retikulumnak a neurotranszmisszió szabályozása a funkciója. Az endoplazmatikus retikulum közvetlenül vagy közvetve befolyásolja a neuronok közötti kommunikációt azáltal, hogy szabályozza a neurotranszmitterek szintézisét és szállítását. Ezért az endoplazmatikus retikulum diszfunkciója súlyos neurotranszmitter-egyensúlyzavarokat idézhet elő, ami olyan káros következményekkel járhat, mint a memóriavesztés és a mentális degeneráció.

Végül az endoplazmatikus retikulum nagy mennyiségű lipidet is képes szintetizálni és tárolni, beleértve a szfingomielint is, amelyre az idegsejteknek szüksége van. A szfingomielin rendkívül fontos a neuronok stabilitásának és működésének fenntartásához. Ezért az endoplazmatikus retikulum szfingomielint szabályozó képessége közvetlenül befolyásolja az agy munkaminőségét és az emberek memóriáját.

Összefoglalva, az endoplazmatikus retikulum és a memória közötti kapcsolat elválaszthatatlan. Az endoplazmatikus retikulum működésének megértésének és szabályozásának erősítésével jobban megvédhetjük és javíthatjuk az emberek memóriáját, ezáltal javítva az életminőséget és a tanulást. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyászati ​​anyag, amelynek számos egyedi hatása van, amelyek közül az egyik a memória javítása. A Cistanche deserticola hatékonysága a benne található számos hatóanyagnak köszönhető, beleértve a csersavat, poliszacharidokat, flavonoid glikozidokat stb. Ezek az összetevők számos úton elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Ismerje meg a rövid távú memória javításának módját

Az emlőssejtekben az ER dinamikája három típusba sorolható: a kialakult hálózati elemek oszcillációja; a részecskék dinamikája az ER lumenében vagy membránjában; valamint új hálózati elemek generálása (lásd 3. ábra).

Az ER dinamikájának célja még tisztázatlan, de az uralkodó elmélet az, hogy az oszcillációk felgyorsítják az ER-ben lezajló folyamatokat azáltal, hogy elősegítik a lumenális és transzmembrán részecskék mozgását [25,180,181].

3.1. Az ER Dynamics citoszkeletális szabályozása

Az ER folyamatosan átrendezi térszervezését. Az ER lenyűgöző dinamikáját élő tenyésztett CV1 sejtekben [182], gőte tüdősejtekben [23] és tenyésztett neuronok növekedési kúpjaiban [183] ​​figyelték meg, jóval a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) felfedezése előtt, a lipofil festék használatával. DiOC6.

Új tubulusokat lehet kihúzni a meglévő hálózatból, és összeolvasztani a szomszédos tubulusokkal vagy csomópontokkal, új kapcsolatokat hozva létre, és hálózati sokszögek keletkezhetnek és eltűnhetnek ([182]; 4. ábra). Ezt a mikrotubulus-motor által hajtott mozgást a 3.1.1. szakasz ismerteti. A lapokban és tubulusokban lévő hálózat aránya szintén dinamikusan változhat.

Az ER-lemezek tubulusokká szerveződnek át, amikor a riboszómákat puromicinnel eltávolítják a felszínükről [45]. Az alábbiakban leírtak szerint a mikrotubulus alapú tubulusok mozgásának gátlása növelheti a lapszerű régiók arányát. Beszámoltak róla, hogy a mitózisba való belépés a lapok tágulását váltja ki [37,43,184], bár más tanulmányok fokozott mitotikus tubulációt mutattak be [45], amelyet a 3. és 4. REEP vezérel [185].

Az ilyen dinamikus átszervezés segíthet abban, hogy az organellum gyorsan mintát vegyen a sejttérfogatból [1], és reagáljon a sejtek igényeinek és táplálkozási állapotának változásaira (3.1.3. szakasz).

Az ER-hez kapcsolódó mikrotubulus-motorok nem az egyetlen eszköz, amellyel az ER kölcsönhatásba lép a citoszkeletonnal, és a következő szakaszokban leírjuk, hogyan lehet a tubulusokat kiterjeszteni a növekvő mikrotubulusokkal való kölcsönhatások révén a csúcscsatlakozási komplexumok (TAC) révén, valamint a mozgó MCS-ekkel való társulás révén.

Az ER tubulusok és a mikrotubulusok statikus kölcsönhatásai és az aktin citoszkeleton szerepe is felvázolható.

3.1.1. Mikrotubulus motorok meghajtó ER dinamikája

A DiOC6-ot használó korai vizsgálatok kimutatták, hogy a sejtperiférián lévő ER tubulusok gyakran szorosan illeszkednek a mikrotubulusokhoz [23,183,186], amint azt számos későbbi tanulmány is megerősítette (pl. [21,38,187]).

Gyűrűs átrendeződés és tubulus elágazás is előfordul a mikrotubulusokkal kapcsolatban [38]. A mikrotubulusok depolimerizációja teljesen gátolta az ER tubulusokat és a hálózat dinamikáját a VERO sejtekben [20], növelte az ER mennyiségét a lapszerű struktúrákban, és csökkentette a tubuláris hálózatot [20,37,38,186,188].

Az élő sejtekkel végzett szuperfelbontású képalkotás kimutatta, hogy ezek a lapok morfológiák keverékéből állnak, beleértve a vastag lapokat, a vékonyabb nanolyukat tartalmazó lapokat és a sűrű csőhálózatokat [33], ami arra utal, hogy a mikrotubulusok nem csak az ER hálózat helyzetét szabályozzák, hanem hozzájárulnak a az ER membrándomének részletes szerveződése.

A mikrotubulusok mentén elnyúló ER-szerű tubulusok közvetlen vizualizálása először a CV1 sejtekből [189] vagy az interfázisú Xenopus tojásokból [190] származó kivonatokat alkalmazó in vitro tesztekből következett be, ahol a videóval feljavított differenciális interferencia-kontrasztmikroszkópos vizsgálat kimutatta, hogy a membrán tubulusmentesen csúszott a mikrotubulusok mentén. A Xenopus hálózatok ER-nek bizonyultak az antitestjelölés és a poliszómák jelenléte a membrán felületén [19].

A motilitás a tubulusokat érintkezésbe hozta egymással, ami tubulusfúziót eredményezett [19,20,189], ami atlastin-függő [184]. Ezen túlmenően, a patkánymájból származó sima és durva ER mozgékony hálózatokat alakított ki az interfázisú Xenopus tojáscitoszollal kombinálva, ami a motilitás fajok közötti konzerválását és a membránfúziót mutatja [191]. Ha azonban a membrán koncentrációja elég magas in vitro, akkor mikrotubulusok hiányában kialakulhat ER tubulushálózat [192].

Az ER tubulusok motor által vezérelt csúszását a mikrotubulusok mentén azóta többször is megjelenítették fluoreszcens mikroszkóppal (pl. [20–22,38]). Mivel a mikrotubulusok a legtöbb tenyésztett nem neuronális sejtben a dinamikus „plusz” végükkel a sejtperiféria, az ER tubulusok gyors kifelé csúszásához aplus végére irányított mikrotubulus motor szükséges. A kinezin szupercsalád alapító tagja, a kinezin-1 felelős ezért a mozgékonyságért [20,193,194].

A kinezin{0}} gátlása nemcsak a tubulusok kifelé irányuló mozgását gátolta, hanem növelte az ER lap régiók arányát a sejtperiférián [20]. Tekintettel arra, hogy a lapszerű régiók felhalmozódott finom csőhálózatokból [34] vagy nanolyukakat tartalmazó lapokból [33] is állhatnak, érdekes lesz látni, hogy ezek a lapok megfelelnek-e valamelyik szerkezettípusnak, vagy a morfológiák keveréke, amint azt a későbbiekben láthatjuk. nokodazol kezelés [33].

Az állati sejtekben a legtöbb kinezin-1 tetramer, két azonos motoros (KIF5) alegységből és két azonos KLC-ből áll [195]. A gerincesek három KIF5 gént expresszálnak: a KIF5B mindenütt expresszálódik, míg a KIF5A és C neuronálisan dúsított. Később visszatérünk a KIF5A-ra, mivel a mutációk neurodegeneratív betegségeket okoznak (1. táblázat) [195]. Négy KLC gén létezik, amelyek közül az 1., 2. és 4. KLC széles körben expresszálódik.

A KLC1 többféle, váltakozva összeillesztett formában létezik, és a KLC1B szükséges az ER mozgékonyságához [20,193]. Egy fontos megoldatlan kérdés a kinezin-1 receptor azonossága az ER-ben. Számos jelöltet javasoltak, de vannak kifogások minden esetben tőlük. Különböző receptorok lehetnek a neuronális és nem neuronális sejtekben és a különböző szövetekben. A kinektint funkcióblokkoló monoklonális antitesttel azonosították [196], és a KIF5 C-terminálisához kötődik [197].

A kinektin szerepet játszik a fókuszadhéziós dinamika szabályozásában a kemotaxis során azáltal, hogy elősegíti az ER-célzást a fokális adhéziókra a sejt élén [198,199].

Érdekes módon a Rab18 szükséges ehhez a folyamathoz, és a kinektinnel és a kinezinnel hármas komplexet alkot-1 [198]. A kinektin-knock-out egereknek azonban nem volt fenotípusuk, a KO MEF-ekben az ER (és egyéb organellumok) eloszlása ​​normális [200].

Ezenkívül a tenyésztett neuronokban az ER végig kiterjed az axonok mentén, de a kinektint csak a sejttestben figyelik meg [194], összhangban az ERsheet távolság fenntartásában javasolt szerepével [13].

Mindazonáltal a kinektin siRNS-csökkenése csökkentette az ER hálózatdinamikáját a Cos-7 sejtekben [26]. Érdekes módon a Rab10 az ERtubulus képződés szabályozásában is szerepet játszik [7], és arról számoltak be, hogy komplexet képez a JIP1-gyel, egy neuronálisan expresszált kinezin-adapterrel és a KLC1-gyel, elősegítve a szekréciós vezikulák transzportját a neuronális polarizáció és az axonnövekedés során [201].

Nyitott kérdés, hogy ez a komplex részt vesz-e az ERtubulus kiterjesztésében neuronokban, és hogy a Rab{0}}kinectin-KIF5B komplex szükséges-e az ER tubulus kiterjesztéséhez nem vándorló sejtekben. Egy másik jelölt ER kinezin-1 receptor a p180 , amely homológ a kinektin-skinesin-1 kötődoménjével [202], és amely a kinektinhez hasonlóan a nem neuronális sejtek központi rétegeibe is lokalizálódott [13,16,194].

 A tenyésztett neuronokban azonban a p180 nemcsak a sejttest lapjaiban lokalizálódott, hanem az axonok tubulusaiban is, de nem a dendritekben [194], ami összhangban van a KIF5-kötéssel. Valószínű azonban, hogy horgonyként működik az ER és a mikrotubulusok között, nem pedig kinezin-1 receptorként (lásd a 3.1.3. szakaszt). Két további kinezinreceptor jelölt is van.

A Protrudin (génnév ZFYVE27) egy ER-rezidens kinezinkötő fehérje, amely kulcsszerepet játszik a lateendosoma–ER MCS mozgékonyságának létrehozásában, a 3.1.2. szakaszban leírtak szerint. Azonban atvery alacsony szinten expresszálódik (a HeLa sejtproteómában nem észlelhető [203]), és bár a siRNS-sel való kimerülése a sejtközpontban késői endoszóma klaszteresedéshez vezet [204,205], nem világos, hogy ez milyen hatással van az ER eloszlására.

Végül, az ER-ben lokalizált transzmembrán DNS-J-domén-protein B14-ről kimutatták, hogy kölcsönhatásba lép a KIF5B-vel, és létrehoz egy helyet az SV40 vírus felszabadulásához az ER-ből [206], de a normál ER dinamikában való részvételét még tesztelni kell.

Tekintettel arra, hogy az ER a sejtmag burkától kifelé nyúlik a sejtperiféria felé, egy váratlan eredmény az volt, hogy az ER tubulusok a mikrotubulusok mínuszvonalai felé mozdultak el az interfázisú Xenopus tojáskivonatokban a dynein hatására [19,184,190,207,208].

Ez megfelel a nukleáris burokban lévő dyneinnek a pronukleáris migráció előmozdításához szükséges követelménynek, amely ezekben a kivonatokban rekonstruálható [209]. A kizárólag dynein által vezérelt ER-motilitás azonban még az ötödik sejtosztódás utáni embriókból készült kivonatokban is megmaradt: kinezin-függő ER-mozgást csak ebihal sejtvonalból származó citoszol alkalmazásakor észleltünk [187].

A legújabb kutatások kielégítő magyarázatot adtak erre a jelenségre [210]: a dynein aktivitás miatt felhalmozódó ER perinukleáris készletére van szükség a korai embriókban (ebben a tanulmányban tengeri sün és Xenopus embriók) látható nagy magok összeállításához.

Továbbá a további 4b retikulon expressziója csökkentette a sejtmagok méretét, feltehetően csökkentve az ER laprégiók képződését [210]. A Xenopus tojáskivonatok sejtciklus-függő változásokat is feltártak az ER dinamikában, a dynein által vezérelt mozgás gátolt a metafázis-leállított kivonatokban [184,190,207], míg a miozin V által vezérelt ERmotilitás az aktinszálakon aktiválódott [211].

Az ER lapok felhalmozódtak [184], amint azt mitotikus HeLa sejtekben [37] jelezték, bár más tanulmányok ennek ellentmondanak [45,185]. A dynein nem csak egy fontos ER-motor az embrionális sejtekben. A VERO sejtekben a rapidER tubulusok körülbelül fele a sejtközpont felé fordult elő, és dynein által vezérelt [20].

Ezenkívül a dynein gátlása az ER-lapok mélyreható felhalmozódásához vezetett a sejtek perifériáján anélkül, hogy befolyásolta volna a kifelé irányuló, kinezin által vezérelt mozgást [20]. Hasonlóképpen, mind a dynein, mind a kinezin-1 az ER tubulusok mozgékonyságát az axonokban [194] és tenyésztett rágcsáló hippokampusz neuronjainak dendritjei [212,213]. Ez idáig az ER dyneinon receptorát egyetlen rendszerben sem azonosították, ellentétben az ERES-szel (2.2.2. szakasz).

A mikrotubulusok motor által vezérelt mozgásának utolsó példája az ER bevonásával a nukleáris migráció és pozicionálás. A fent említett pro-nukleáris migráció mellett a kinezin és a dynein koordinálja a nukleáris pozicionálást számos különböző helyzetben, például az idegsejtek nukleáris migrációja során az agy fejlődése során [214] és a nukleáris mozgás során a C. elegans fejlődésének számos szakaszában [215].

A magburokban lévő dynein fontos a centroszóma elválasztásához a késői G2/profázisban, és elősegíti a magburok fragmentációját (lásd [216]). A kinezin -1 részt vesz a centroszómák és a nukleáris pozicionálásban is nem polarizált sejtekben, ahol a RanBP2 és a BICD2 révén beépül a nukleáris burokba [217].

Érdekes módon a nesprin 4 specifikusan a polarizált hám külső sejtmag burkában expresszálódik, ahol a kinezint -1 toborozza, amely azután áthelyezi a sejtmagot a sejt alapjába [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com