Összefonódott és finoman kiegyensúlyozott: Endoplazmatikus retikulum morfológia, dinamika, működés és betegségek 5. rész

3.1.2. MCS-közvetített ER dinamika

A közvetlenül az ER membránon lévő motorok által vezérelt tubulus kiterjesztésen kívül az ERdinamikát az ER membrán korai és késői endoszómákkal, lizoszómákkal és mitokondriumokkal való érintkezési helyei is okozhatják [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220], amelyek mikrotubulusok mentén mozognak.

A kutatások kimutatták, hogy a lizoszómákban lévő savas hidroláz képes lebontani a fehérjéket és aminosavakká alakítani, amelyeket a sejtek új fehérjék szintetizálására használhatnak fel. Ez a folyamat fontos a tanulás és a memória szempontjából, mivel a fehérjeszintézis szorosan összefügg a memória kialakulásával.

Ezenkívül a lizoszómák a sejtek egészségét is megőrizhetik azáltal, hogy lebontják az elnyelt sejthulladékot és a káros anyagokat, valamint eltávolítják a salakanyagokat és a toxinokat a sejtekből. Ez a folyamat kritikus fontosságú a neuronok túlélésének és működésének védelmében is. A neuronok az agysejtjeink, és létfontosságú szerepet játszanak a tanulás és a memória folyamatában. Ha a neuronokat sejthulladék és káros anyagok érintik, működésük és túlélési képességük súlyosan károsodik, ami befolyásolja a memória kialakulását és megtartását.

Ezért a lizoszómák működésének és egészségének megőrzése nagy jelentőséggel bír a memória javítása és a neuronok túlélésének és működésének védelme szempontjából. Hogyan őrizzük meg a lizoszóma működését és egészségét? Mindenekelőtt a tápanyagok bevitelére kell figyelnünk, különösen a fontos tápanyagok, például a fehérje bevitelére; másodszor, fenn kell tartanunk a megfelelő alvást és testmozgást; végül el kell kerülnünk a rossz életmódot, például a késői ébrenlétet, hogy csökkentsük az élet stresszét és a fizikai terheket.

Összefoglalva, a lizoszómák és a memória közötti kapcsolat nagyon szoros. A lizoszómális működés és egészség megőrzésére összpontosítva javíthatjuk a memóriát és megvédhetjük a neuronok túlélését és működését, ezáltal elősegíthetjük a szervezet egészségét és fejlődését. Látható, hogy javítanunk kell a memórián, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mivel a Cistanche deserticola antioxidáns, gyulladáscsökkentő és öregedésgátló hatással bír, ami segíthet csökkenteni az oxidációt és a gyulladásos reakciókat az agyban, ezáltal védi a az idegrendszer egészsége. Ezenkívül a Cistanche deserticola az idegsejtek növekedését és helyreállítását is elősegítheti, ezáltal javítva a neurális hálózatok összekapcsolhatóságát és működését. Ezek a hatások javíthatják a memóriát, a tanulási képességet és a gondolkodási sebességet, valamint megakadályozhatják a kognitív diszfunkciók és a neurodegeneratív betegségek kialakulását.

Kattintson a Tudás gombra a rövid távú memória javításához

Ez egy példa a „stoppolásnak” nevezett folyamatra, ahol az egyik organellum biztosítja a motort, és egy másik rakomány mozgását hajtja meg, amely önmagában nem mozgékony [38 221 222]. Az ER tubulusok mozgásával kapcsolatos korai munka során morfológiailag eltérő mozgódoméneket azonosított a csúcsokon. néhány mozgó ER tubulus [182,191].

A transzmissziós fénymikroszkóppal és a DiOC6 jelöléssel azonban egyértelmű bizonyíték van arra, hogy az ER tubulusok maguk is képesek közvetlenül a mikrotubulusok mentén áthelyezkedni anélkül, hogy stoppolni kellene egy másik organellel [19,182,183,190].

A Cos-7 sejtekben a Rab{0}}pozitív endoszómák körülbelül fele az ER-hez kapcsolódik a képalkotás során [75], és alacsony képsebességgel (1 képkocka/1,5 másodperc) kevésbé mozgékonynak tűntek, mint az ER-hez kapcsolódó lizoszómák. [219], és kevésbé valószínű, hogy ER tubulusok mobilitását okozzák [26].

A gyors korai endoszómamozgás rögzítéséhez szükséges gyors képsebességgel végzett élő képalkotás azonban feltárta, hogy a mozgó endoszómák egy ER tubulus felé mozoghatnak, megragadhatják azt, és tovább mozoghatnak, kihúzva maguk mögött egy ER tubulust ([74]; 4. ábra).

Mivel a korai endoszómák elsősorban a sejtközpont felé mozdulnak el, a dynein hatására [74,223], a korai endoszómákon való stoppolás magyarázhatja a dynein-függő ER tubulus-nyúlványok egy részét [20].

A dynein és a kinezinek korai endoszómákba való toborzása, valamint a kinezin-1 szerepe mozgásukban nem teljesen ismert. A legújabb kutatások azt sugallják, hogy az ER tubulusok kiterjesztésének 30–50%-át a késői endoszómák/lizoszómák stoppolása okozza. mikrotubulusok mentén mozogtak, míg a tubulusok 40%-a egymástól függetlenül, a fennmaradó részt pedig TAC-ok ordTAC-ok közvetítették (lásd alább) [26,38,219].

Meglepő módon szinte az összes lizoszóma az ER-hálózathoz kapcsolódott és azzal mozgott [219]. A stoppolás előtt, alatt és után leképezett lizoszómák lelassulnak, amikor az ER tubulusokhoz csatlakoztak [204,219], valószínűleg azért, mert kisebb volt az ellenállás, amely ellensúlyozta a lizoszómális motorok által keltett erőt, amikor nem terjesztik ki az ER tubulust.

A foszfolipidszintézisben részt vevő két ER-rezidens fehérje, a PIS és a CEPT1, amelyekről korábban kimutatták, hogy a Rab10-nel együtt a mozgó tubulusok csúcsaiban találhatók [7], LE/lizoszóma stoppos eseményekhez kapcsolódnak [26].

Ismételten a dynein és a kinezin{0}} a késői endoszóma/lizoszómamozgást előidéző ​​fő motorok, és többféle módon toborozzák és szabályozzák őket, amelyek némelyike ​​az ER-vel való interakciót is magában foglalja (lásd [128,129]). A Dynein a RILP-n és a Rab7-en keresztül toborozható (magas koleszterinszint jelenlétében); ALG2 és TRPML1 (a PI(3,5)P2 és a kalcium szabályozza); vagy JIP4 és TMEM55B (az éhezés elősegíti, ami növeli a TMEM55B transzkripcióját az mTORC1-en keresztül) [128,129]. A kinesint-1 a SKIP és az Arl8 (a BORC szabályozza), vagy a FYCO1 és a Rab7 (a PI(3)P szabályozza, és az ER protrudint tartalmaz: lásd alább), és mindkét kapcsolat KLC-n keresztül történik [128,129].

Nyitott kérdés, hogy ez a több mechanizmus párhuzamosan működik-e ugyanazon az organellumán, vagy van-e térbeli szelekció (pl. meghatározott membrán-aldoméneken), vagy az anyagcsere állapotától vagy egyéb bemenetektől függő váltás.

Ha az ER tubulusoknak csak 30-50%-a mozog együtt a késői endoszómákkal/lizoszómákkal, mennyire fontos ez az ER stoppolással az ER szervezete szempontjából? Két közelmúltbeli tanulmány kimutatta, hogy legalábbis a Cos-7 cellákban a válasz nagyon.

Az ER-késői endoszóma MCS-ek megzavarása a VAPA RNSi által közvetített kimerülése révén (amely az ORP1L-t az ERvia Rab7-hez köti: [128]) szintén megzavarta az ER morfológiáját, és csökkentette az ER tubulusok kiterjedését és a hálózat bonyolultságát, különösen a periférián [26, 219]. az összes ER VAPfamily tag (VAPA, VAPB és MOSPD2) leütése, ami erősebb fenotípust eredményez [26].

Ezenkívül a késői endoszómákon/lizoszómákon jelen lévő motorok manipulálása hasznos eszközt jelentett az endoszóma befelé vagy kifelé történő mozgásának kiváltására, ami a perifériás ER tubulusok csökkenéséhez vagy növekedéséhez vezetett [26,219] és a hálózati dinamikához [26].

Érdekes módon a SKIP vagy az Arl8 kimerülése jelentős változásokat okozott az ER hálózatban, ami arra utal, hogy ez a fő út a kinezin{1}} toborzásában ehhez a folyamathoz, nem pedig a protrudin/FYCO1 [219]. Protrudin, a ZFYVE27 gén terméke , egy multispanning transzmembrán ER fehérje, amely rengeteg interaktorral rendelkezik, mind az ER-ben, mind a késői endoszómákban.

Az ER-nél kötődik az ER-formáló fehérjékhez, az atlastinhoz, a REEP 1-hez és 5-höz, az 1-es, 3-as és 4-es retikulonokhoz, és kölcsönhatásba lép a VAP-val is egy FFAT-motívum révén ([224]; áttekintése [225]). A késői endoszómákhoz is kötődhet a Rab-kötő doménjén keresztül, amely a Rab7-GTP-t köti, és egy FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 és EEA1) doménjén keresztül, amely a késői endoszómálisan dúsított foszfatidil-inozitolhoz kötődik. 3-foszfát (PI3P) [204,225].

Lényeges, hogy a KIF5 család összes tagjához is kötődik, bár a kölcsönhatás a KIF5A-val a legerősebb [226], ami feltűnő, figyelembe véve, hogy mind a protrudin, mind a KIF5A (de nem a KIF5B vagy C) örökletes spasticparaplegiát okozhat mutáció esetén (1. táblázat).

Bármelyik fehérje túlzott expressziója a nem polarizált sejtekben kitüremkedéseket okozott [226], innen származik a protrudin neve [225], míg az siRNS által közvetített kimerülés a CLIMP63-címkézett lapszerű régiók sejtperifériára való kiterjesztéséhez vezetett. [224]. Tekintettel arra, hogy a protrudin képes kötődni a késői endoszómához, Raiborg és munkatársai megvizsgálták, hogy részt vesz-e az MCS kialakulásában, és megállapították, hogy ez valóban így van [204].

Ezen túlmenően a protrudin túlzott expressziója késői endoszómák/lizoszómák felhalmozódásához vezetett a sejtperiférián. Ezt a fenotípust korábban a FYCO1, egy másik PI3Pand Rab{2}}kötő fehérje esetében is megfigyelték, és amelyről kiderült, hogy kölcsönhatásba lép a protrudinnal [204]. .

A FYCO1 és a protrudin élő sejtekben történő elképzelése feltárta, hogy a mozgó FYCO1-pozitív lateendoszómák kölcsönhatásba léptek a protrudinnal a sürgősségi osztályon, közben megálltak vagy lelassultak, majd leváltak és gyorsabban elmozdultak. A protrudin megköti a KIF5-öt és a FYCO1 a KLC-t, a protrudin expressziója pedig megnövelte a FYCO1-hez kapcsolódó KIF5 mennyiségét, ami ahhoz a modellhez vezetett, hogy a kinezin a protrudinból a FYCO1-be jut át ​​a lateendoszómán az ER-késői endoszóma asszociáció során, így aktiválva a késői endoszóma mozgását, ha azok megszakadnak. mentes a sürgősségi ellátástól.

Noha ez a modell tetszetős, formálisabb bizonyítékokra van szükség. Az azonban egyértelmű, hogy mind a protrudin, mind a FYCO1 fontos az axon kiterjesztéséhez [129,195,204,227]. A protrudin és a FYCO{5}} által közvetített késői endoszóma transzlokáció a sejtek perifériájára szintén fontosnak bizonyult az invadopodiák képződésében, ahol a lateendoszómák az MT1-MMP mátrix proteázt szállítják a szekrécióhoz, ami a rákos sejtek migrációjához szükséges [205 ].

Fontos, hogy a késői endoszóma/lizoszóma pozíciót a táplálkozási állapotok, például a koleszterin- és aminosavszintek szabályozzák, amelyek viszont szabályozzák a dynein és a kinezin{0}}toborzását vagy aktivitását [128,129,228].

Ez a szabályozás a közelmúltban kimutatták, hogy nagy hatással van az ER dinamikájára és a sejten belüli eloszlásra [26,219]. A szérum kiéhezett, kevésbé mobil ER hálózat és csökkent késői endoszóma/lizoszóma motilitás, ami kevésbé összetett ER hálózathoz vezetett a sejtperiférián, kevesebb tubulus csomóponttal [26]. Lu és munkatársai azt találták, hogy a 4 órás szérum éhezés késői endoszóma/lizoszóma csoportosuláshoz, valamint a tubuláris ER arányának csökkenéséhez, valamint a koleszterin-dúsuláshoz vezetett [219].

Ezzel szemben az 24-órás éhezés vagy a koleszterinhiány az endoszómák perifériás lokalizációját váltotta ki anélkül, hogy az ER tubulusokra hatással volt [219]. A protrudin által közvetített ER–endoszóma/lizoszóma érintkezési útvonalat a táplálkozási állapot is befolyásolja. A karnitin-palmitoiltranszferáz 1 neuronális izoformája, a CPT1C, egy ER fehérje, amelyet malonil-CoA szint szabályoz, és a HSP-ben mutál [228].

A közelmúltban feltárták, hogy a CPT1C szükséges a megfelelő neuronális növekedéshez, és szabályozza a késői endoszómák/lizoszómák transzportját az axoncsúcshoz, ehhez pedig szüksége van a malonil-CoA-hoz való kötődésére [228].

Kölcsönhatásba lép a protrudinnal, és HeLa sejtekben kifejezve növelte a kifelé mozgó FYCO1-jelzett késői endoszómák arányát, ha malonil-CoA volt jelen, de a mozgást a kontroll szint alá csökkentette, ha a malonil-CoA kimerült.

A protrudinnal ellentétben azonban a CPT1C jelen volt, de nem dúsult fel az ER–lizoszóma érintkezésekben, ami arra utal, hogy a protrudin–FYCO1–kinezin-1 kölcsönhatást szabályozza, nem pedig közvetlenül. A szerzők azt sugallják, hogy malonil-CoA jelenlétében a CPT1C elősegíti a kinezin -1 átvitelét a protrudinból a FYCO1-be a késői endoszómákon/lizoszómákon, ezáltal elősegítve azok kifelé irányuló mozgását a neuronokban [228].

Azonban, amint fentebb említettük, ez a kinezin transzfer modell további tesztelést igényel. Ismeretes, hogy a mitokondriumok kiterjedt kölcsönhatásba lépnek az ER-vel az élő sejtekben [22], a mozgékony mitokondriumok pedig kiterjeszthetik az ER tubulusokat [22,38]. Az ER-hez kapcsolódó mitokondriumok elsősorban az acetilált mikrotubulusokban [22] lokalizálódnak, amelyek a kinezin -1 (pl. [229]) előnyben részesített nyomvonalai, amely mind a mitokondriumok (pl. [230]), mind a ER.

A mitokondriumokról azt is megfigyelték, hogy kölcsönhatásba lépnek a lizoszómákkal, és a mozgó lizoszóma kihúzhatta az athin tubulust a mitokondriumból [38]. Mivel hasonló vékony tubulusokat találtak a mitokondriumokból az ER érintkezési pontokon a KIF5B és mitokondriális receptora Miro1 hatására [230], ez felveti a kérdést, hogy vajon a PDZD8-indukált-e háromutas MCS-ket az ER, késői endoszómák között. , és a mitokondriumok mindkét folyamatban részt vehetnek.

Ez a komplex kölcsönhatás azonban lényegében immobilizálta az organellumokat [126].

Az MCS-ek létfontosságúak az ER funkció, az anyagcsere és az általános dinamika számos vonatkozása szempontjából. Ez megnehezíti az MCS funkció egy aspektusának megzavarására tervezett kísérletek során észlelt változások értelmezését.

Ezt példázzák azok a kísérletek, amelyekben a késői endoszóma/lizoszóma MCS-hez szükséges Rab7a funkciója, valamint a kinezin -1 és a dynein endoszómákba való toborzásában részt vevő Rab7a működése megszakadt. A Rab7a kimerülése vagy egy GDP-zárolt Rab7a expressziója a CLIMP63-címkézett lapszerű ER felhalmozódásához vezetett a sejtperiférián, és aktiválta az ER stresszválaszt [231].

Mateus és munkatársai azt feltételezik, hogy a szerkezeti változásokat az ER-stressz okozza, nem pedig az ER dinamikájának változása [231]. Valójában a stressz számos módon befolyásolhatja az MCS-t és az ER-t (lásd [85]). Az ER stresszszintek monitorozása fontos kontrollja lesz a jövőkutatásokban (pl. [219]).

3.1.3. Motorfüggetlen ER-mikrotubulus kölcsönhatások

A korai tanulmányokból világossá vált, hogy háromféle ER-mikrotubulus kölcsönhatás létezik: az ER tubulusok motor által vezérelt transzlokációja, statikus kölcsönhatások és az ERtubulusoknak a növekvő mikrotubulus csúcsokhoz való kapcsolódása [23].

Ez utóbbi kölcsönhatás a tubulusok kiterjesztését a „tip-tapadási komplexek” vagy TAC-ok képződésén keresztül hajtja végre, amelyeket először Xenopus tojáskivonatoknál észleltek [232]. Számos tenyésztett sejtben a motor által vezérelt csúszást észlelték, mint a TAC-t és az ER tubulusok közötti statikus kölcsönhatásokat. csúcsok és mikrotubulusok [20, 21, 23, 38], bár a százalékos eltérések sejttípusonként különböztek [21].

A TAC-ok a transzmembrán ER proteinSTIM1-ből (stromális interakciós molekula 1) állnak, amely kölcsönhatásba lép az MT plus-end-tracking protein EB1-gyel [21]. A STIM1 kölcsönhatásba lép az Orai1-gyel a plazmamembránon az ERkalciumraktárak kimerülése után, hogy lehetővé tegye a kalcium átvitelét a sejten kívülről az ER-be (lásd a 2.2.5. szakaszt). Érdekes módon ennek a folyamatnak az elindítása megakadályozta a STIM1 csúcs követését [21].

Míg a TAC jelenléte nem változtatta meg a mikrotubulusok növekedésének és zsugorodásának sebességét, csökkentette annak valószínűségét, hogy a mikrotubulus katasztrófába kerüljön (depolimerizálódni kezd) [232]. Az ERtubulusok úgy is kiterjeszthetők, hogy egy depolimerizálódó mikrotubulushoz dTAC-on keresztül kapcsolódnak [38]; az ER dTAC-ok összetétele nem ismert. Miért van két módszer az ER szállítására a sejtperifériára?

A Xenopus embriók esetében bár a kinezin-1 jelen van az ER-ben, csak a laterin fejlődése után aktív [187]. Ehelyett az ER-hálózat a citoplazmában eloszlik a dynein együttes aktivitása révén, a sejtmag és a centroszóma felé húzva azt, és a TAC-t kifelé kiterjesztve, ahogy a mikrotubulusok ppolimerizálódnak[184]. A tenyésztett sejtekben a TAC-ok biztosítanák, hogy az ER a sejt széléig érjen.

Ezzel szemben az, hogy a kinezin-1 a stabil mikrotubulusokat részesíti előnyben, talán azért, mert kevesebb MAP7 kötődik a felületükhöz, ez azt jelenti, hogy rosszul transzlokálódik az újonnan polimerizált mikrotubulusok végére [229].

A STIM{0}}EB1-közvetített ER lokalizáció fontos szerepét kimutatták neuronális növekedési kúpokban, ahol a STIM1 szükséges a mikrotubulusok és az ER orientációjához, ami elengedhetetlen ahhoz, hogy a növekedési kúp a növekedési faktor gradiens felé mozduljon el [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com