Isprepleteni i fino izbalansirani: morfologija endoplazmatskog retikuluma, dinamika, funkcija i bolesti 5. dio

3.1.2. MCS-posredovana ER Dynamics

Pored ekstenzije tubula koju pokreću motori direktno na ER membrani, ERdinamika može biti uzrokovana kontaktnim mjestima ER membrane sa ranim i kasnim endosomima, lizosomima i mitohondrijama [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] koji se kreću duž mikrotubula.

Istraživanja su otkrila da kisela hidrolaza u lizosomima može razgraditi proteine ​​i pretvoriti ih u aminokiseline, koje stanice mogu koristiti za sintetizaciju novih proteina. Ovaj proces je važan za učenje i pamćenje, jer je sinteza proteina usko povezana s formiranjem pamćenja.

Osim toga, lizosomi također mogu održavati stanice zdravima tako što razgrađuju zahvaćeni stanični otpad i štetne tvari i uklanjaju otpad i toksine iz stanica. Ovaj proces je također ključan za zaštitu opstanka i funkcije neurona. Neuroni su naše moždane stanice i igraju vitalnu ulogu u procesu učenja i pamćenja. Ako su neuroni pogođeni ćelijskim otpadom i štetnim tvarima, njihova funkcija i sposobnost preživljavanja bit će ozbiljno ugroženi, što će utjecati na formiranje i zadržavanje pamćenja.

Stoga je održavanje funkcije i zdravlja lizosoma od velikog značaja za poboljšanje pamćenja i zaštitu opstanka i funkcije neurona. Kako održati funkciju i zdravlje lizosoma? Prije svega, trebamo obratiti pažnju na unos nutrijenata, posebno na unos važnih nutrijenata kao što su proteini; drugo, moramo održavati adekvatan san i vježbati; konačno, trebamo izbjegavati loše životne navike kao što je buđenje do kasno kako bismo smanjili životni stres i fizički teret.

Ukratko, odnos između lizosoma i pamćenja je vrlo blizak. Fokusirajući se na održavanje lizosomske funkcije i zdravlja, možemo poboljšati pamćenje i zaštititi opstanak i funkciju neurona, čime promičemo zdravlje i razvoj tijela. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje, jer Cistanche deserticola djeluje antioksidativno, protuupalno i protiv starenja, što može pomoći u smanjenju oksidacije i upalnih reakcija u mozgu, čime se štiti zdravlje nervnog sistema. Osim toga, Cistanche deserticola također može promovirati rast i popravak nervnih ćelija, čime se poboljšava povezanost i funkcija neuronskih mreža. Ovi efekti mogu pomoći u poboljšanju pamćenja, sposobnosti učenja i brzine razmišljanja, a također mogu spriječiti razvoj kognitivne disfunkcije i neurodegenerativnih bolesti.

Kliknite Znaj da poboljšate kratkoročno pamćenje

Ovo je primjer procesa koji se naziva 'stopiranjem', gdje jedna organela obezbjeđuje motor i pokreće kretanje drugog tereta koji sam po sebi nije pokretan [38,221,222]. Rani rad na kretanju ER tubula identifikovao je morfološki različite pokretne domene na vrhovima neki pokretni ER tubuli [182,191].

Međutim, postoje jasni dokazi iz mikroskopije transmitirane svjetlosti i označavanja DiOC6 da se sami ER tubuli mogu translocirati direktno duž mikrotubula, bez potrebe za stopiranjem s drugom organelom [19,182,183,190].

Otprilike polovina Rab5-pozitivnih endozoma u Cos-7 ćelijama je vezana za ER tokom snimanja [75], a kada se slika pri malim brzinama kadrova (1 kadar u 1,5 s) izgledalo je manje pokretno od lizosoma povezanih s ER [219], a manje je vjerovatno da će uzrokovati pokretljivost ER tubula [26].

Međutim, slika uživo pri velikom brzinom kadrova koja je potrebna za snimanje brzog ranog pokreta endosoma je otkrila da se endosomi u pokretu mogu translocirati prema ER tubulu, zgrabiti ga i nastaviti se kretati, izvlačeći ER tubul iza sebe ([74]; Slika 4).

Kako se rani endosomi kreću prvenstveno prema ćelijskom centru, vođeni dineinom [74,223], stopiranje na ranim endosomima može objasniti neke od ekstenzija ER tubula zavisnih od dineina [20].

Kako se dinein i kinezini regrutuju u rane endozome i uloga kinezina-1 u njihovom kretanju, nije u potpunosti shvaćeno. Nedavni radovi sugeriraju da je 30-50% događaja proširenja ER tubula uzrokovano stopiranjem na kasnim endosomima/lizozomima krećući se duž mikrotubula, dok se 40% tubula kretalo duž mikrotubula nezavisno, a ostatak je bio posredovan TAC-ovima ili dTAC-ima (vidi dole) [26,38,219].

Iznenađujuće, skoro svi lizozomi su bili povezani i kretali se sa ER mrežom [219]. Lizosomi koji su snimljeni prije, za vrijeme i nakon autostopiranja su vidjeli da usporavaju kada su pričvršćeni za ER tubule [204,219], vjerovatno zato što je bilo manje otpora koje je suprotstavilo silu koju stvaraju lizozomalni motori kada se ne produžava ER tubul.

Dva ER-rezidentna proteina uključena u sintezu fosfolipida, PIS i CEPT1, za koje je ranije pokazano da se nalaze na vrhovima pokretnih tubula zajedno sa Rab10 [7], bili su povezani sa LE/lizozomskim autostopom [26].

Opet, dinein i kinezin-1 su glavni motori koji pokreću kasno kretanje endosoma/lizosoma, i postoji više načina na koje se regrutuju i kontroliraju, od kojih neki uključuju interakciju sa ER (pregledano u [128,129]). Dinein se može regrutovati putem RILP-a i Rab7 (u prisustvu visokog nivoa holesterola); ALG2 i TRPML1 (reguliše PI(3,5)P2 i kalcijum); ili JIP4 i TMEM55B (podstaknuti gladovanjem, što povećava transkripciju TMEM55B preko mTORC1) [128,129]. Kinesin-1 regrutuju SKIP i Arl8 (reguliše BORC), ili FYCO1 i Rab7 (reguliše PI(3)P i uključuje protrudin na ER: vidi dole), a obe veze su preko KLC [128,129].

Otvoreno je pitanje da li ovi višestruki mehanizmi funkcionišu paralelno na istoj organeli, ili postoji prostorna selekcija (npr. na specifičnim membranskim poddomenima), ili prebacivanje u zavisnosti od metaboličkog statusa ili drugih inputa.

Ako se samo 30–50% tubula hitne pomoći kreće zajedno sa kasnim endosomima/lizosomima, koliko je ovo autostopiranje važno za organizaciju hitne pomoći općenito? Dvije nedavne studije su pokazale da je barem u ćelijama Cos-7 odgovor - vrlo.

Poremećaj ER-kasnog endosomaMCS-a RNAi-posredovanim osiromašenjem VAPA-e (koji veže ORP1L za sidrenje LE za ERvia Rab7: [128]) također je poremetio ER morfologiju i smanjio opseg ER tubula i složenost mreže, posebno na periferiji, sa [26,219] nokdaun svih članova ER VAP porodice (VAPA, VAPB i MOSPD2) dajući jači fenotip [26].

Osim toga, manipulacija motorima prisutnim na kasnim endosomima/lizosomima pružila je koristan način pokretanja kretanja endosoma prema unutra ili prema van, što je dovelo do smanjenja ili povećanja perifernih ER tubula [26,219] i dinamike mreže [26].

Zanimljivo je da je iscrpljivanje SKIP-a ili Arl8 izazvalo velike promjene u ER mreži, što sugerira da je ovo glavni put za regrutaciju kinezina-1 za ovaj proces, a ne protrudin/FYCO1 [219].Protrudin, proizvod gena ZFYVE27 , je multispaning transmembraneER protein koji ima mnoštvo interaktora, kako na ER tako i na kasnim endosomima.

Kod ER se vezuje za atlastin koji oblikuje ER proteine, REEPs 1 i 5, retikulone 1, 3 i 4, a takođe stupa u interakciju sa VAP preko FFAT motiva ([224]; pregledano u [225]). Takođe se može vezati za kasne endozome preko svoje domene koja veže Rab, koja vezuje Rab7-GTP, i FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 i EEA1) domene, koja se vezuje za kasno endosomski obogaćeni fosfatidilinozitol 3-fosfat (PI3P) [204,225].

Ono što je najvažnije, takođe se vezuje za sve članove porodice KIF5, iako je interakcija najjača sa KIF5A [226], što je upečatljivo s obzirom na to da i protrudin i KIF5A (ali ne KIF5B ili C) mogu uzrokovati naslednu spastičnu paraplegiju kada su mutirani (Tabela 1).

Prekomjerna ekspresija bilo kojeg od proteina uzrokovala je formiranje izbočina u nepolariziranim stanicama [226], otuda i ime protrudina [225], dok je siRNA posredovano iscrpljivanje dovelo do širenja CLIMP63-obilježenih regija nalik listovima na periferiju stanice [224]. S obzirom na potencijal protrudina da se veže za kasni endosom, Raiborg i saradnici su istraživali da li je on bio uključen u formiranje MCS i otkrili da je to zaista slučaj [204].

Nadalje, prekomjerna ekspresija protrudina dovela je do akumulacije kasnih endosoma/lizosoma na periferiji ćelije, što je fenotip koji je ranije viđen za FYCO1, drugi protein koji veže PI3Pand Rab{2}}, i za koji je otkriveno da djeluje s protrudinom [204] .

Zamišljanje FYCO1 i protrudina u živim ćelijama otkrilo je da su pokretni FYCO{1}}pozitivni lateendosomi stupili u interakciju sa protrudinom na urgentnom centru, pauzirali ili usporavali dok su to radili, a zatim su se odvojili i brže krenuli. Protrudin se vezuje za KIF5 i FYCO1 vezuje KLC, a ekspresija protrudina je povećala količinu KIF5 pronađenu povezanog sa FYCO1, što dovodi do modela da se kinezin prenosi sa protrudina na FYCO1 na lateendosomu tokom ER-kasne asocijacije endosoma, tako da aktivira kasno kretanje endosoma kada se razbije bez hitne pomoći.

Iako je ovaj model privlačan, potreban je formalniji dokaz. Ono što je ipak jasno je da su i protrudin i FYCO1 važni za proširenje aksona [129,195,204,227]. Protrudin i FYCO{5}}posredovana kasna translokacija endosoma na periferiju ćelije također se pokazala važnom za formiranje invadopodije, gdje lateendosomi isporučuju matriksnu proteazu MT1-MMP za sekreciju, koja je neophodna za migraciju stanica raka [205 ].

Važno je da je kasna pozicija endosoma/lizosoma kontrolisana nutritivnim statusima, kao što su nivoi holesterola i aminokiselina, koji zauzvrat regulišu regrutaciju ili aktivnost dineina i kinezina{0}} [128,129,228].

Nedavno se pokazalo da ova regulacija ima veliki uticaj na dinamiku i distribuciju ER unutar ćelije [26,219]. Serum je izgladnjeo do manje pokretne ER mreže i smanjene kasne pokretljivosti endosoma/lizosoma, što je dovelo do manje složene ER mreže na periferiji ćelije s manje spojeva tubula [26]. Lu i saradnici su otkrili da je 4 sata gladovanja u serumu dovelo do kasnog grupiranja endosoma/lizozoma i smanjenja udjela tubularnog ER, kao i obogaćivanje holesterolom [219].

Nasuprot tome, 24-satno gladovanje ili smanjenje holesterola pokrenulo je perifernu lokalizaciju endozoma bez efekta na ER tubule [219]. Na kontaktni put ER-endosom/lizozom posredovan protrudinom utiče i nutritivni status. Neuronska izoforma karnitin palmitoiltransferaze 1, CPT1C, predstavlja ER protein koji je regulisan nivoima malonil-CoA i mutiran u HSP [228].

Nedavni radovi su otkrili da je CPT1C potreban za pravilan rast neurona i kontroliše transport kasnih endozoma/lizosoma do vrha aksona, a za to je potrebna njegova sposobnost da se veže za malonil-CoA [228].

On stupa u interakciju sa protrudinom i ekspresijom u HeLa ćelijama povećava udio kasnih endosoma koji se kreću prema van FYCO1-ako je bio prisutan malonil-CoA, ali smanjuje kretanje ispod kontrolnih nivoa ako je malonil-CoA iscrpljen.

Međutim, za razliku od protrudina, CPT1C je bio prisutan, ali nije obogaćen, na kontaktima ER-lizozoma, što sugerira da reguliše interakciju protrudin-FYCO1-kinezin-1 umjesto da bude direktno uključen. Autori sugeriraju da u prisustvu malonil-CoA, CPT1C promoviše prijenos kinezina-1 sa protrudina na FYCO1 na kasnim endosomima/lizozomima, čime se promovira njihovo vanjsko kretanje u neuronima [228].

Međutim, kao što je gore spomenuto, ovaj model prijenosa kinezina zahtijeva dalje testiranje. Poznato je da mitohondrije u velikoj mjeri stupaju u interakciju sa ER u živim ćelijama [22], a pokretne mitohondrije mogu proširiti ER tubule [22,38]. ER-povezane mitohondrije su prvenstveno lokalizirane na acetilirane mikrotubule [22], koje su preferirani put za kinezin-1(npr., [229]), koji je motor i za mitohondrije (npr. [230]) i za ER.

Također je viđeno da mitohondrije stupaju u interakciju s lizosomima, a pokretni lizozom bi mogao izvući tanki tubul iz mitohondrija [38]. Kako je pronađeno da se slični tanki tubuli protežu iz mitohondrija na tačkama kontakta ER djelovanjem KIF5B i njegovog mitohondrijalnog receptora Miro1 [230], postavlja se pitanje da li je PDZD8-inducirao trosmjerne MCS između ER, kasnih endosoma , a mitohondrije bi mogle biti uključene u oba procesa.

Međutim, ova složena interakcija je u suštini imobilizirala organele [126].

MCS su od vitalnog značaja za mnoge aspekte ER funkcije, metabolizma i ukupne dinamike. Ovo čini izazovnim tumačenje izmjena uočenih nakon eksperimenata dizajniranih da poremete jedan aspekt MCS funkcije.

Ovo je ilustrovano eksperimentima u kojima je funkcija Rab7a-potrebna za kasni endosom/lizozom MCS, i uključena u regrutiranje i kinezina-1 i dineina u endosome, bila poremećena. Deplecija Rab7a, ili ekspresija Rab7a zaključanog GDP-a, dovela je do akumulacije CLIMP63-obilježenih pločastih ER na periferiji ćelije i aktivacije ER odgovora na stres [231].

Mateus i ostali pretpostavljaju da su strukturne promjene uzrokovane stresom ER, a ne promjenama u dinamici ER [231]. Zaista, postoji mnogo načina na koje stres može uticati na MCS i ER (pregledano u [85]). Praćenje nivoa stresa ER će biti važna kontrola u budućim studijama (npr. [219]).

3.1.3. Motor-nezavisne ER-mikrotubulske interakcije

Iz ranih studija bilo je jasno da postoje tri vrste interakcija ER-mikrotubula: motorički vođena translokacija ER tubula, statičke interakcije i vezivanje ERtubula za rastuće vrhove mikrotubula [23].

Posljednja interakcija pokreće proširenje tubula putem formiranja 'kompleksa za pričvršćivanje vrha', ili TAC-a, prvi put uočenih u ekstraktima jaja Xenopus [232]. U različitim kultivisanim ćelijama, klizanje koje pokreće motor prevladava nad TAC-om i statičkim interakcijama između ER tubula vrhove i mikrotubule [20,21,23,38], iako se postotak razlikovao između tipova ćelija [21].

TAC se sastoje od transmembranskog ER proteina STIM1 (molekul 1 stromalne interakcije), koji je u interakciji sa MT plus-end-tracking proteinom EB1 [21]. STIM1 stupa u interakciju sa Orai1 na plazma membrani nakon iscrpljivanja zaliha ERkalcijuma da bi omogućio transfer kalcijuma izvan ćelije u ER (videti odeljak 2.2.5). Zanimljivo je da je pokretanje ovog procesa sprečilo praćenje STIM1 vrha [21].

Iako prisustvo TAC-a nije promijenilo brzinu rasta i skupljanja mikrotubula, smanjilo je vjerovatnoću da će mikrotubule biti podvrgnute katastrofi (počinju da se depolimerizira) [232]. ERtubule se također mogu proširiti vezivanjem na depolimerizirajuću mikrotubulu preko dTAC-a [38]; sastav ER dTAC-a nije poznat. Zašto postoje dvije metode za transport ER prema periferiji ćelije?

U slučaju embriona Xenopus, iako je kinezin-1 prisutan u ER, on nije aktivan sve do kasnijeg razvoja [187]. Umjesto toga, ER mreža se distribuira kroz citoplazmu putem kombinovane aktivnosti dineina povlačeći ga prema jezgru i centrosomu, a TAC se proteže prema van dok se mikrotubule polimeriziraju[184]. U kultivisanim ćelijama, TAC-ovi bi osigurali da ER dopre do ruba ćelije.

Nasuprot tome, kinezin{0}} preferira stabilne mikrotubule kao tragove, možda zato što imaju manje MAP7 vezan za njihovu površinu, znači da se slabo translocira do kraja novopolimeriziranih mikrotubula [229].

Važna uloga za STIM{0}EB1-posredovanu lokalizaciju ER demonstrirana je u neuronskim konusima rasta, gdje je STIM1 potreban za orijentaciju mikrotubula i ER-a koji je od suštinskog značaja da se konus rasta kreće prema gradijentu faktora rasta [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com