Isprepleteni i fino izbalansirani: morfologija endoplazmatskog retikuluma, dinamika, funkcija i bolesti 6. dio

ER se takođe može statički vezati za mikrotubule, bilo preko vrhova tubula, spojeva, ili duž dužine tubula [187,232]. Statičke veze između ER-a i mikrotubula mogu biti formirane od strane prethodno navedenih proteina CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] i Sec61 [234].

Proteini su jedan od važnih nutrijenata neophodnih našem organizmu. Pomaže nam da izgradimo i održavamo strukturu tkiva u tijelu, sintetišemo enzime i hormone itd. Ali ono što možda ne znate je da je vrlo važno i za naše pamćenje.

Proteini su osnovne jedinice koje čine neurone i neurotransmitere, koji su ključne strukture u našem mozgu za prijenos informacija i pohranu memorije. Dakle, proteini igraju vitalnu ulogu u mozgu.

Mnoge studije pokazuju da unos dovoljno proteina može poboljšati naše pamćenje, povećati fokus i koncentraciju i pomoći nam da bolje iskoristimo i obradimo informacije.

Proteini takođe mogu uticati na naše raspoloženje i emocije. U našem mozgu, proteini mogu povećati naš osjećaj zadovoljstva i emocionalne ravnoteže tako što proizvode neurotransmitere kao što su dopamin i norepinefrin.

Osim toga, proteini nam mogu pomoći da održimo zdravo tijelo i poboljšamo brzinu metabolizma i otpornost tijela na bolesti, osiguravajući tako da se možemo bolje fokusirati i obraditi informacije.

Općenito, protein je usko povezan s pamćenjem, raspoloženjem i drugim aspektima. Stoga, trebamo obratiti pažnju na povećanje unosa proteina kako bismo osigurali da naše tijelo i mozak mogu dobiti adekvatnu podršku i zaštitu, kako bismo bolje iskoristili svoju inteligenciju i talente. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer i Cistanche deserticola može regulisati ravnotežu neurotransmitera, kao što je povećanje nivoa acetilholina i faktora rasta. Ove supstance su veoma važne za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche deserticola također može poboljšati protok krvi i promovirati isporuku kisika, što može osigurati da mozak dobije dovoljno hranjivih tvari i energije, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Pretpostavlja se da ove veze reguliraju napetost i pozicioniranje ER mreže [235]. Takođe je moguće da ER veza može stabilizovati mikrotubule, kao što je viđeno za p180 u aksonima [194].
Jedan od problema u procjeni ovoga je da prekomjerna ekspresija proteina koji vezuje mikrotubule može uzrokovati stabilizaciju (npr. [16,234]) koja se možda neće vidjeti na endogenim nivoima. Međutim, ovaj potencijalni reciprocitet između ER tubula i mikrotubula bit će važno razmotriti u budućnosti, ne samo zato što bi stabilizirane mikrotubule bile idealne staze za kinezin{4}} transport drugih ER tubula.

3.1.4. ER interakcije sa aktinskim citoskeletom

U životinjskim ćelijama, mikrotubule igraju dominantnu ulogu u remodeliranju ER putem iznenađujuće različitih mehanizama opisanih gore, dok je u biljkama, algama i nekim gljivama ključna pokretljivost na bazi aktina (pregledano u [236]).

Citoplazmatski tok, usmjereni tok citoplazme vođen miozinom, također igra ulogu u dinamici ER biljnih stanica [237,238]. Zanimljivo je da je novi ER i odjeljak povezan s mikrotubulama (EMAC) identificiran u biljkama koje su usidrene na mikrotubulama, čime je opirući se ovom toku [239]. Slično, zapaženo je da se stabilni tubularni ER spojevi povezuju s mikrotubulama [240].

Iznenađujuća potreba za pričvršćivanjem ER-a također je viđena kod nematoda C. elegans, gdje gubitak ER-a i nesprina lokaliziranog u nuklearnoj ovojnici, ANC-1, dovodi do nekontrolisanog strujanja ER-a, mitohondrija i lipidnih kapljica zbog sile koje nastaju dok crv puzi [241]. Međutim, još uvijek nije jasno za koju se komponentu citoskeleta ANC-1 vezuje.

U životinjskim ćelijama, pokretljivost ER-a vođena miozinom V može doprinijeti kratkom dometu ER pokreta (npr. [211,242]). Nadalje, filamin proteini mogu vezati ER za aktin u fibroblastima mišjeg embriona [243], a interakcije između ER i aktinskih filamenata preko miozina1c mogu stabilizirati listove [188].

Stepen oslanjanja ER mreže na aktinski citoskelet razlikuje se između tipova ćelija, budući da je depolimerizacija aktinskih filamenata citohalasinom imala mali uticaj na distribuciju ER mreže u VERO ćelijama [20], dok je u ćelijskoj liniji nalik epitelu Huh-7, depolimerizacija aktina je rezultirala manjim, manje rasprostranjenim ER listovima na periferiji ćelije i nepravilnim pozicioniranjem ER, sa velikim regionima ćelija bez organela [188].

Nadalje, kada se mikrotubule depolimeriziraju, u nekim [23,186,244] ali ne u svim [20] kultivisanim tipovima ćelija se vidi sporo, aktin-zavisno povlačenje ER prema ćelijskom centru, što pokazuje da interakcije ER-aktina utiču na morfologiju ER. Važno je super Snimanje živih ćelija u rezoluciji otkrilo je proširenje ERtubula nezavisno od mikrotubula [38], što može biti posljedica pokretljivosti zasnovane na aktinu.

3.2. Mrežne fluktuacije

Tubuli, spojevi i listovi koji čine endoplazmatski retikulum fluktuiraju tokom vremena. Čak i uspostavljeni elementi mreže koji se ne preuređuju aktivno nisu stacionarni, već osciliraju oko pozicije. S obzirom na složenu morfologiju i brzu dinamiku ER-a, kvantificiranje kretanja ER-a je trenutni izazov na terenu. Široko prihvaćena mjera dinamike je srednji kvadratni pomak (MSD).

MSD je mjera koliko daleko se očekuje da će objekt putovati u određenom vremenu. Da biste izračunali MSD, prvo se pronađe razlika u položaju između objekta u početnom trenutku i objekta u kasnijem trenutku.

Svaki par bodova razdvojenih istom vremenskom razlikom (ili vremenom kašnjenja) se razmatra, a srednja razlika u poziciji za sve ove parove daje MSD u tom određenom vremenu kašnjenja. Matematički, MSD, h∆r2(τ)i, je definiran kao:

gdje x(t) i y(t) daju poziciju objekta u trenutku t, a τ je vrijeme kašnjenja. Prilagođavanje zakona snage MSD-u omogućava da se kretanje opiše kao difuzno, sub-difuzno ili super-difuzno. Difuzija, ili Brownovo kretanje, opisuje procese kao što je postepeno miješanje područja visokih i niskih koncentracija kako bi se formirala ravnomjerna raspodjela. MSD-ovi za difuzno kretanje prate h∆r2(τ)i ∝ τ. Anomalna difuzija je termin koji se koristi za opisivanje slučajeva u kojima MSD nije difuzan. Super-difuzija opisuje aktivni transport, kao što je kretanje vođeno proteinima motora, a MSD-ovi slijede h∆r2(τ)i ∝ τ gdje je 1 < < 2. S druge strane, sub-difuzno kretanje je povezano s kretanjem u prenaseljenom okruženju i rezultira u MSD-ovima sa eksponentima < 1.

Praćenjem tačaka u ER mreži i izračunavanjem MSD-ova ovih putanja, razjašnjene su informacije o dinamici pojedinih komponenti ER-a. Utvrđeno je da se ER spojevi pomiču sub-difuzno, na način ovisan o mikrotubulama [245]. Tretman nokodazolom smanjio je broj difuznih i super-difuznih spojeva, što ukazuje da interakcije s motornim proteinima mogu biti uzrok usmjerenog kretanja spoja. Tubuli u ER mreži generalno osciliraju sub-difuzno, sa prosječnim MSD eksponentom od 0,5 [25].

Ovaj rezultat nije u skladu s teorijskim predviđanjem h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 za polufleksibilne polimere koji termički osciliraju u viskoznom mediju [246]. Ovi rezultati ukazuju na to da je kretanje mreže ograničeno, što je u skladu s kretanjem u prenaseljenom okruženju kao što je citoplazma. Nedavno su praćene i pune konture pojedinačnih tubula, što je rezultiralo detaljnijim opisom dinamike ER tubula [27]. Pronađene su distribucije okomitih pomaka od srednjeg položaja kičme tubula za tačke duž konture tubula.

Izračunata je asimetrija ili asimetrija ovih distribucija. Značajna kosina ukazuje na aktivnu, vođenu dinamiku, dok su pozicije sa zanemarljivom kosinom opisivale tačke koje osciliraju termički, bez ikakvih aktivnih uticaja. Većina tačaka oscilirala je termički, međutim, jedna trećina praćenih tačaka je aktivno fluktuirala. Dinamičke konstrikcije i izbočine u prečniku ER tubula su takođe uočene [38,181], iako karakteristike ovih oscilacija tek treba da budu detaljnije analizirane. Kao rezultat i MSD i studija praćenja kontura, smatra se da ER tubuli generalno previše osciliraju subdifuzno, pri čemu se aktivna dinamika povremeno javlja duž kičme tubula. Sub-difuzijske fluktuacije su vjerovatno uzrokovane kretanjem i nagomilavanjem citoplazme, dok aktivna dinamika može biti uzrokovana motornim proteinima ili kontaktnim mjestima membrane s organelama koje se bave prometom.

Dinamika lima nije toliko detaljno proučavana kao dinamika cijevi. Ovo je vjerovatno zbog poteškoća u kvantificiranju kretanja lamelarnih objekata, posebno onih unutar živih ćelija. Konkretno, lamelarni regioni ER-a se često nalaze u debljim delovima ćelije u blizini jezgra, u kojima svetlost van fokusa iz drugih ravni za snimanje čini snimanje video zapisa koji prikazuje samo jedan sloj ER listova izazovnim. Čak i uz jasne video zapise koji prikazuju ER listove, kvantificiranje dinamike lamelnih membrana je izazovno zbog nedostatka prihvaćenih metoda za opisivanje dinamike listova. Dvije moguće mjere dinamike lima su brzina ivica lima i fluktuacije listova izvan ravnine. Prema našim saznanjima, nijedan od ovih pristupa još nije implementiran za perinuklearne ER listove in vivo. Izrađena su teorijska predviđanja za fluktuacije membranskih ploča izvan ravnine.

Predviđeno je da se MSD ovih valova povećava kao τ2/3 za slobodne membrane i sporije, kao ln(τ), za membrane pod napetostom [246]. Eksperimentalno, neke studije su razmatrale dinamiku lamelarne ER na periferiji ćelije. Joensuu et al. [188] otkrili su da lokacija i dinamika perifernih ER listova zavise od nizova aktinskih filamenata i žarišta. ER listovi su pronađeni da se dinamički preuređuju kao odgovor na kretanje aktinskih struktura. Nestanak aktina doveo je do toga da su ER listovi popunili zaostali prostor, a formiranje novih aktinstruktura izazvalo je otvaranje fenestracije u ER foliji. Proučavana je i dinamika limova.

Listovi su varirali na malom području i nisu pokazivali sklonost prema smjeru u netretiranim ćelijama. Tretman inhibitorom polimerizacije aktina, latrunculinom A, povećao je bočno pomicanje listova, kao i udio listova koji prolaze kroz fisiju, fuziju ili transformaciju u tubule. Studije detaljno opisane u ovom dijelu pokazuju da su fluktuacije uspostavljenih struktura unutar ER složene, različite i pod utjecajem mnogih subcelularnih organela i procesa. Interakcija između ER dinamike i dinamike drugih supćelijskih organela i struktura tek počinje da se razumijeva i uskoro se očekuju plodna istraživanja u ovoj oblasti.

3.3. Dinamika membranskih i lumenalnih komponenti

Procesi koje provodi ER uključuju obilje transmembranskih i lumenalnih proteina, od kojih se mnogi kreću u potrazi za partnerima u interakciji. Dinamika ovih proteina, kao i lipida koji formiraju ER membranu, mogu uticati na ukupnu dinamiku organele.

Fluorescentne tehnike kao što su praćenje pojedinačnih čestica (SPT), oporavak fluorescencije nakon fotoizbjeljivanja (FRAP) i spektroskopija fluorescencije (FCS, recenzirano u [247]) korištene su za kvantifikaciju kretanja lipida i proteina. Kompjuterske simulacije su također korištene za proučavanje dinamike objekata ugrađenih u membrane, jer se smatra da fluorescentne sonde koje se koriste za praćenje subcelularnih objekata ometaju dinamiku. Predlaže se da visoke koncentracije fluorescentne boje rodamina uzrokuju hidrodinamički otpor, smanjujući koeficijent difuzije objekata od interesa do 20% [248].

Poznato je da nekoliko svojstava membrane utječu na dinamiku transmembranskih i lumenalnih komponenti: lipidne splavove, koncentracija proteina, status savijanja proteina, interakcije citoskeleta i napetost membrane. Lipidni splavovi su domeni grupisanih lipida i proteina koji se kreću unutar dvosloja [249]. Utvrđeno je da je difuzija sporija za faktor dva unutar lipidnih splavova [250], a lipidi i proteini mogu postati prolazno ograničeni na ove splavove, u kojima je uočeno ometano, sub-difuzijsko kretanje [251].

Poznato je da veće koncentracije proteina unutar lipidnog dvosloja usporavaju bočnu difuziju [252], uz simulacije koje su zaključile da je lateralna difuzija u membranama s velikom gužvom bila faktor 5-10 sporije nego u razrijeđenim membranama [253]. FCS eksperimenti su također pokazali da status savijanja transmembranskih proteina utječe na njihovo kretanje unutar ER membrane. Analizirano je nekoliko proteina, za koje je utvrđeno da se svi kreću sub-difuzno [254]. Anomalni eksponent nesavijenog VSVG-a je manji od tog njegovog savijenog oblika.

Ovo naglašava opstruiraniju dinamiku nesavijenih proteina. Vezivanje kalneksina, transmembranskog proteina šaperona, za nesavijeni VSVG uzrokovalo je povećanje anomalnog eksponenta tako da se kretanje nije moglo razlikovati od presavijenog oblika. Ovaj rezultat ukazuje da kalneksin može spriječiti stvaranje štetnih nepokretnih struktura nesavijenih proteina. Poznato je da sudari između citoplazmatskih domena transmembranskih proteina i citoskeletnih filamenata usporavaju bočno kretanje unutar lipidnih dvoslojeva [255], kao što je pokazano za receptor transferina (TfR) na plazma membrani. U normalnim uslovima, uočeno je sporo, ograničeno kretanje TfR; kada je aktin depolimerizovan latrunculinom, uočena je slobodna difuzija [256].

Eksperimenti fotoaktivacije u ćelijama epidermalnih listova duhana ipak su otkrili da transmembranski proteini u ER pokazuju sporiju, difuzivnu dinamiku kada su tretirani latrunculinom B u poređenju s aktivnom dinamikom uočenom u netretiranim stanicama [257]. Ovo je najvjerovatnije zbog reorganizacije ER-a u biljnim stanicama uzrokovane miozinom (odjeljak 3.1.4). Drugi primjer transmembranske proteinske dinamike koja se mijenja citoskeletnim interakcijama je kretanje izlaznih mjesta ER. ERES se pomera sub-difuzno duž ER tubula na način koji zavisi od mikrotubula [61,180].

Mjereni su niži eksponenti i manji koeficijenti difuzije kada su ćelije tretirane nokodazolom, što ukazuje da mikrotubularna aktivnost promoviše dinamiku ERES-a. U simulacijama, primjenom napetosti na membranu, kao što bi se dogodilo s motoričkom aktivnošću, povećani su koeficijenti lateralne difuzije bez lipida u dvosloju. mijenjanje theiranomalous eksponenata [258]. Anomalni eksponenti su bili subdifuzni, sa vrijednošću od ~0.75 zapaženih za sve napetosti membrane. Također je utvrđeno da dinamika ovisi o smjeru u kompjuterskim simulacijama.

Utvrđeno je da su odstupanja u smjeru okomitom na dvosloj ograničena, dok bočno kretanje u ravni dvosloja nije [259]. Uzeti zajedno, ovi rezultati pokazuju da je dinamika membranskih lipida i transmembranskih proteina složena i ovisi o sastavu i stanje lipidnog dvosloja i interakcije sa citoskeletom. Eksperimentalno je mjerena i dinamika supstrata unutar lumena ER. Translacijska difuzija proteina unutar lumena ER-a je prvi put eksperimentalno istražena korištenjem zelenog fluorescentnog proteina (GFP) 1999. godine [260]. Utvrđeno je da je kretanje GFP-a u lumenu ER znatno sporije nego u citoplazmi iu mitohondrijama.

Utvrđeno je da dinamika kalretikulina, lumenalnog šaperonskog proteina zavisi od okruženja savijanja ER [261]. U mirujućim ćelijama, kalretikulin je lako uzorkovao čitav ER, dok su sporiji koeficijenti difuzije uočeni u ćelijama koje se aktivno metaboliziraju. Eksperimenti praćenja jedne čestice otkrili su da se i kalretikulin i ER-ciljani lumenalni HaloTag proteini kreću sporijim brzinama na ER spojevima nego u tubulima [181]. Brža populacija je smanjena nakon iscrpljivanja ATP-a, što ukazuje da dinamika ER-a posredovana motornim proteinom zavisna od ATP-a može doprinijeti dinamici lumenalnih komponenti. Ova razlika u brzini između tubula i spojeva nije uočena za transmembranski šaperon kalneksin.

Tretman Cos-7 ćelija latrunculinom B doveo je do brže dinamike lumenalnog proteina, kao i do uklanjanja N-glikana iz proteina od interesa [262]. Ova studija, zajedno s eksperimentima korištenjem TfR opisanih gore [256], ukazuje da aktin može igrati glavnu ulogu u upravljanju kretanjem proteina i lipida u lumenu i membrani ER. Uzročna veza između kretanja ER i pokreta komponenti vezanih za lumen ili membranu tek treba da se naprave.

Međutim, predloženo je nekoliko hipoteza. Georgiades et al. predložio je da oscilacije ER tubula pospješuju miješanje reaktanata unutar lumena, ubrzavajući biosintetske procese koji se izvode u ER [25]. Slično, Stadler et al. sugeriraju da je kretanje ERES uzrokovano fluktuacijama ER mreže, koje su jako zavisne od mikrotubula [180].

Holcman et al. imaju drugačiji pristup i predlažu da kontrakcije nalik peristaltici zavisne od ATP-a u prečnikima ERtubula generišu aktivni transport lumenalnih komponenti [181]. Jasno je da su kretanje ER i dinamika ER rezidentnih komponenti povezani, te se smatra da kretanje ER povećava efikasnost ćelijskih procesa koji se odvijaju u organeli, iako to još nije potvrđeno.

For more information:1950477648nn@gmail.com