Powiązane i doskonale zrównoważone: morfologia siateczki śródplazmatycznej, dynamika, funkcja i choroby, część 5

3.1.2. Dynamika ER za pośrednictwem MCS

Oprócz wydłużania kanalików napędzanego przez silniki bezpośrednio na błonie ER, dynamika ER może być spowodowana miejscami kontaktu błony ER z wczesnymi i późnymi endosomami, lizosomami i mitochondriami [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220], które poruszają się wzdłuż mikrotubul.

Badania wykazały, że hydrolaza kwasowa w lizosomach może rozkładać białka i przekształcać je w aminokwasy, które mogą być wykorzystywane przez komórki do syntezy nowych białek. Proces ten jest ważny dla uczenia się i pamięci, ponieważ synteza białek jest ściśle związana z tworzeniem pamięci.

Ponadto lizosomy mogą również utrzymywać komórki w zdrowiu, rozkładając pochłonięte odpady komórkowe i szkodliwe substancje oraz usuwając odpady i toksyny z komórek. Proces ten ma również kluczowe znaczenie dla ochrony przetrwania i funkcjonowania neuronów. Neurony to nasze komórki mózgowe, które odgrywają kluczową rolę w procesie uczenia się i zapamiętywania. Jeśli na neurony wpływają odpady komórkowe i szkodliwe substancje, ich funkcja i zdolność do przetrwania zostaną poważnie zagrożone, co wpłynie na tworzenie i zachowywanie pamięci.

Dlatego utrzymanie funkcji i zdrowia lizosomów ma ogromne znaczenie dla poprawy pamięci oraz ochrony przetrwania i funkcjonowania neuronów. Jak utrzymać funkcję i zdrowie lizosomów? Przede wszystkim musimy zwrócić uwagę na spożycie składników odżywczych, zwłaszcza na spożycie ważnych składników odżywczych, takich jak białko; po drugie, musimy zadbać o odpowiedni sen i aktywność fizyczną; wreszcie, musimy unikać złych nawyków życiowych, takich jak spóźnianie się, aby zmniejszyć stres życiowy i obciążenie fizyczne.

Podsumowując, związek między lizosomami a pamięcią jest bardzo ścisły. Koncentrując się na utrzymaniu funkcji i zdrowia lizosomów, możemy poprawić pamięć oraz chronić przeżycie i funkcjonowanie neuronów, promując w ten sposób zdrowie i rozwój organizmu. Widać, że musimy poprawić pamięć, a Cistanche desericola może znacząco poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola ma działanie przeciwutleniające, przeciwzapalne i przeciwstarzeniowe, co może pomóc zmniejszyć utlenianie i reakcje zapalne w mózgu, chroniąc w ten sposób zdrowie układu nerwowego. Ponadto Cistanche Deserticola może również promować wzrost i naprawę komórek nerwowych, poprawiając w ten sposób łączność i funkcjonowanie sieci neuronowych. Efekty te mogą pomóc poprawić pamięć, zdolność uczenia się i szybkość myślenia, a także mogą zapobiegać rozwojowi dysfunkcji poznawczych i chorób neurodegeneracyjnych.

Kliknij Wiedz, aby poprawić pamięć krótkotrwałą

Jest to przykład procesu określanego jako „autostop”, podczas którego jedna organella zapewnia silnik i napędza ruch innego ładunku, który sam w sobie nie jest ruchliwy [38,221,222]. Wczesne prace nad ruchem kanalików ER pozwoliły zidentyfikować morfologicznie odrębne domeny ruchliwe na końcach niektóre ruchome kanaliki ER [182,191].

Jednakże istnieją wyraźne dowody z mikroskopii w świetle przechodzącym i znakowania DiOC6, że same kanaliki ER mogą przemieszczać się bezpośrednio wzdłuż mikrotubul, bez konieczności podróżowania autostopem z inną organellą [19,182,183,190].

Około połowa endosomów Rab5-dodatnich w komórkach Cos-7 jest przyłączona do ER podczas obrazowania [75], a podczas obrazowania przy małej liczbie klatek na sekundę (1 klatka na 1,5 s) wydaje się mniej ruchliwa niż lizosomy związane z ER [219] i rzadziej powodują ruchomość kanalików ER [26].

Jednakże obrazowanie na żywo z dużą szybkością niezbędną do uchwycenia szybkiego wczesnego ruchu endosomów ujawniło, że poruszające się endosomy mogą przemieszczać się w kierunku kanalików ER, chwytać je i kontynuować ruch, ciągnąc za sobą kanaliki ER ([74]; ryc. 4).

Ponieważ wczesne endosomy przemieszczają się głównie w kierunku centrum komórki, napędzane przez dyneinę [74,223], podróż autostopem na wczesnych endosomach może wyjaśniać niektóre zależne od dyneiny przedłużenia kanalików ER [20].

Sposób, w jaki dyneina i kinezyny są rekrutowane do wczesnych endosomów oraz rola kinezyny-1 w ich ruchu nie są w pełni poznane. Niedawne prace sugerują, że 30–50% zdarzeń związanych z wydłużaniem kanalików ER jest spowodowanych podróżowaniem autostopem po późnych endosomach/lizosomach poruszały się wzdłuż mikrotubul, podczas gdy 40% kanalików poruszało się wzdłuż mikrotubul niezależnie, a w pozostałej części pośredniczyły TAC lub TAC (patrz poniżej) [26,38,219].

Co zaskakujące, prawie wszystkie lizosomy były powiązane z siecią ER i przemieszczały się z nią [219]. Zaobserwowano, że lizosomy sfotografowane przed, w trakcie i po podróży autostopem zwalniają po podłączeniu do kanalików ER [204,219], prawdopodobnie z powodu mniejszego oporu przeciwdziałającego sile generowanej przez motory lizosomalne, gdy kanalik ER nie jest rozciągany.

Dwa białka rezydujące w ER zaangażowane w syntezę fosfolipidów, PIS i CEPT1, które, jak wcześniej wykazano, znajdują się na końcach kanalików ruchliwych wraz z Rab10 [7], zostały powiązane ze zdarzeniami autostopu LE/lizosomów [26].

Ponownie, dyneina i kinezyna-1 są głównymi motorami napędzającymi późny ruch endosomu/lizosomu i istnieje wiele sposobów ich rekrutacji i kontroli, z których niektóre obejmują interakcje z ER (przegląd w [128,129]). Dyneinę można pozyskać za pomocą RILP i Rab7 (w przypadku wysokiego poziomu cholesterolu); ALG2 i TRPML1 (regulowane przez PI(3,5)P2 i wapń); lub JIP4 i TMEM55B (promowane przez głód, co zwiększa transkrypcję TMEM55B przez mTORC1) [128,129]. Kinezyna-1 jest rekrutowana przez SKIP i Arl8 (regulowana przez BORC) lub FYCO1 i Rab7 (regulowana przez PI(3)P i obejmująca wystającą część ER: patrz poniżej), a oba wiązania zachodzą poprzez KLC [128,129].

Otwartym pytaniem jest, czy te liczne mechanizmy działają równolegle w tej samej organelli, czy też istnieje selekcja przestrzenna (np. w określonych subdomenach błony) lub przełączanie w zależności od stanu metabolicznego lub innych czynników wejściowych.

Jeśli tylko 30–50% kanalików ER porusza się w połączeniu z późnymi endosomami/lizosomami, jak ważne jest ogólnie autostopowanie ER dla organizacji ER? Dwa ostatnie badania wykazały, że przynajmniej w komórkach Cos-7 odpowiedź brzmi: bardzo.

Zakłócanie późnych endosomów MCS przez RNAi zubożenie VAPA (które wiąże ORP1L z kotwicą LE do ERvia Rab7: [128]) również zakłóciło morfologię ER i zmniejszyło zasięg kanalików ER i złożoność sieci, zwłaszcza na obrzeżach [26,219], z powalenie wszystkich członków rodziny ER VAP (VAPA, VAPB i MOSPD2), dając silniejszy fenotyp [26].

Ponadto manipulowanie silnikami obecnymi na późnych endosomach/lizosomach zapewniło użyteczny sposób wyzwalania ruchu endosomu do wewnątrz lub na zewnątrz, co doprowadziło do zmniejszenia lub zwiększenia obwodowych kanalików ER [26, 219] i dynamiki sieci [26].

Co ciekawe, wyczerpanie SKIP lub Arl8 spowodowało poważne zmiany w sieci ER, co sugeruje, że jest to główna droga rekrutacji kinezyny-1 w tym procesie, a nie protrudyna/FYCO1 [219]. Protrudyna, produkt genu ZFYVE27 , jest wielorozdzielnym transbłonowym białkiem ER, które ma mnóstwo interakcji, zarówno w ER, jak i późnych endosomach.

W ER wiąże się z białkami kształtującymi ER, atlastyną, REEP 1 i 5, retikulonami 1, 3 i 4, a także oddziałuje z VAP poprzez motyw FFAT ([224]; przegląd w [225]). Może także wiązać się z późnymi endosomami poprzez domenę wiążącą Rab, która wiąże Rab7-GTP, oraz domenę FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 i EEA1), która wiąże się z późną, wzbogaconą endosomalnie fosfatydyloinozytolem 3-fosforan (PI3P) [204,225].

Co najważniejsze, wiąże się również ze wszystkimi członkami rodziny KIF5, chociaż interakcja jest najsilniejsza z KIF5A [226], co jest uderzające, biorąc pod uwagę, że zarówno wystająca, jak i KIF5A (ale nie KIF5B i C) mogą powodować dziedziczną paraplegię spastyczną w przypadku mutacji (Tabela 1).

Nadekspresja któregokolwiek z białek powodowała powstawanie wypukłości w komórkach niespolaryzowanych [226], stąd nazwa protrudyny [225], podczas gdy wyczerpanie za pośrednictwem siRNA prowadziło do ekspansji wyznakowanych CLIMP63-obszarów przypominających arkusze na obrzeża komórki [224]. Biorąc pod uwagę potencjał protrudyny do wiązania się z późnym endosomem, Raiborg i współpracownicy sprawdzili, czy bierze ona udział w tworzeniu MCS i odkryli, że rzeczywiście tak jest [204].

Co więcej, nadekspresja protrudyny prowadziła do akumulacji późnych endosomów/lizosomów na obrzeżach komórek, fenotypu obserwowanego wcześniej w przypadku FYCO1, innego białka wiążącego PI3Pand Rab7- i które, jak stwierdzono, wchodzi w interakcję z protrudyną [204] .

Wyobrażanie sobie FYCO1 i protrudyny w żywych komórkach ujawniło, że poruszające się późneendosomy FYCO1-dodatnie wchodzą w interakcję z wypukłością w ER, zatrzymując się lub zwalniając w trakcie tego działania, a następnie odłączały się i szybciej oddalały. Protrudyna wiąże KIF5, a FYCO1 wiąże się z KLC, a ekspresja protrudyny zwiększa ilość KIF5 związanego z FYCO1, co prowadzi do modelu, w którym kinezyna jest przekazywana z występyny do FYCO1 na późnym endosomie podczas asocjacji późnego endosomu ER, aktywując w ten sposób ruch późnego endosomu po jego pęknięciu wolny od ER.

Chociaż model ten jest atrakcyjny, potrzebny jest bardziej formalny dowód. Jasne jest jednak, że zarówno wystająca część, jak i FYCO1 są ważne dla wydłużania aksonów [129,195,204,227]. Wykazano również, że późna translokacja endosomu za pośrednictwem protrudyny i FYCO1- na obwód komórki jest ważna dla tworzenia inwadopodiów, gdzie późne endosomy dostarczają proteazę macierzy MT1-MMP do wydzielania, co jest niezbędne do migracji komórek nowotworowych [205 ]

Co ważne, późna pozycja endosomu/lizosomu jest kontrolowana przez stany odżywienia, takie jak poziom cholesterolu i aminokwasów, które z kolei regulują rekrutację lub aktywność{{0}dyneiny i kinezyny [128,129,228].

Niedawno wykazano, że regulacja ta ma ogromny wpływ na dynamikę i dystrybucję ER w komórce [26,219]. Zagłodzenie surowicy doprowadziło do powstania mniej mobilnej sieci ER i zmniejszenia późnej ruchliwości endosomu/lizosomu, co doprowadziło do powstania mniej złożonej sieci ER na obrzeżach komórek z mniejszą liczbą połączeń kanalików [26]. Lu i współpracownicy odkryli, że 4-godzinny niedobór surowicy prowadził do późnego grupowania się endosomu/lizosomu i zmniejszenia proporcji kanalikowej ER, podobnie jak wzbogacenie w cholesterol [219].

Natomiast24-godzinny głód lub niedobór cholesterolu powodowały obwodową lokalizację endosomów bez wpływu na kanaliki ER [219]. Na szlak kontaktu ER z endosomem/lizosomem za pośrednictwem protrudyny wpływa również stan odżywienia. Neuronalna izoforma palmitoilotransferazy karnitynowej 1, CPT1C, jest białkiem ER, które jest regulowane przez poziom malonylo-CoA i zmutowane w HSP [228].

Niedawne prace wykazały, że CPT1C jest potrzebny do prawidłowego wzrostu neuronów i kontroluje transport późnych endosomów/lizosomów do końcówki aksonu, a to wymaga jego zdolności do wiązania malonylo-CoA [228].

Oddziałuje z protrudyną i jej ekspresja w komórkach HeLa zwiększa odsetek przemieszczających się na zewnątrz późnych endosomów znakowanych FYCO1-, jeśli obecny jest malonylo-CoA, ale zmniejsza ruch do poziomu poniżej poziomu kontrolnego, jeśli malonylo-CoA jest wyczerpany.

Jednakże w przeciwieństwie do protrudyny, CPT1C był obecny, ale nie wzbogacony, na stykach ER-lizosom, co sugeruje, że reguluje on interakcję protrudyna-FYCO1-kinezyna-1, a nie jest bezpośrednio zaangażowany. Autorzy sugerują, że w obecności malonylo-CoA, CPT1C promuje transfer kinezyny-1 z wystającej części do FYCO1 na późnych endosomach/lizosomach, promując w ten sposób ich ruch na zewnątrz w neuronach [228].

Jednakże, jak wspomniano powyżej, ten model transferu kinezyny wymaga dalszych badań. Wiadomo, że mitochondria intensywnie oddziałują z ER w żywych komórkach [22], a ruchliwe mitochondria mogą wydłużać kanaliki ER [22,38]. Mitochondria związane z ER są preferencyjnie zlokalizowane w stosunku do acetylowanych mikrotubul [22], które są preferowaną ścieżką dla kinezyny-1(np. [229]), która jest motorem zarówno mitochondriów (np. [230]), jak i Ostry dyżur.

Zaobserwowano również, że mitochondria wchodzą w interakcję z lizosomami, a poruszający się lizosom może wyciągać cienkie kanaliki z mitochondrium [38]. Ponieważ odkryto, że podobne cienkie kanaliki rozciągają się od mitochondriów w punktach kontaktu z ER poprzez działanie KIF5B i jego mitochondrialnego receptora Miro1 [230], nasuwa się pytanie, czy indukowane przez PDZD8-trójdrożne MCS pomiędzy ER, późnymi endosomami , a mitochondria mogą być zaangażowane w oba procesy.

Jednak ta złożona interakcja zasadniczo unieruchomiła organelle [126].

MCS są niezwykle ważne dla wielu aspektów funkcjonowania ER, metabolizmu i ogólnej dynamiki. To sprawia, że ​​interpretacja zmian zaobserwowanych po eksperymentach mających na celu zakłócenie jednego aspektu funkcji MCS jest trudna.

Przykładem tego są eksperymenty, w których funkcja Rab7a – potrzebna dla późnego MCS endosomu/lizosomu i zaangażowana w rekrutację zarówno kinezyny-1, jak i dyneiny do endosomów – została zakłócona. Wyczerpywanie się Rab7a, czyli ekspresja Rab7a zablokowanego w PKB, doprowadziło do akumulacji ER znakowanego CLIMP63-w formie arkusza na obrzeżach komórek i aktywacji reakcji stresowej ER [231].

Mateus i wsp. wysuwają hipotezę, że zmiany strukturalne są spowodowane stresem ER, a nie zmianami w dynamice ER [231]. Rzeczywiście istnieje wiele sposobów, w jaki stres może wpływać na MCS i ER (przegląd w [85]). Monitorowanie poziomu stresu w ER będzie ważną kontrolą w przyszłych badaniach (np. [219]).

3.1.3. Niezależne od silnika interakcje ER-mikrotubule

Z wczesnych badań jasno wynikało, że istnieją trzy rodzaje interakcji ER–mikrotubule: napędzana motorycznie translokacja kanalików ER, interakcje statyczne i przyłączanie kanalików ER do rosnących końcówek mikrotubul [23].

Ta ostatnia interakcja napędza wydłużanie kanalików poprzez tworzenie „kompleksów mocowania końcówki”, czyli TAC, co po raz pierwszy zaobserwowano w ekstraktach z jaj Xenopus [232]. W różnych hodowanych komórkach zaobserwowano, że przesuwanie napędzane silnikiem dominuje nad TAC i interakcjami statycznymi między kanalikami ER końcówki i mikrotubule [20,21,23,38], chociaż odsetek ten różnił się w zależności od typu komórek [21].

TAC składają się z transbłonowego białka ERSTIM1 (cząsteczka interakcji zrębu 1), które oddziałuje z MT plus białko śledzące koniec EB1 [21]. STIM1 oddziałuje z Orai1 na błonie komórkowej po wyczerpaniu się zapasów wapnia w ER, umożliwiając transfer wapnia z zewnątrz komórki do ER (patrz sekcja 2.2.5). Co ciekawe, uruchomienie tego procesu uniemożliwiło śledzenie końcówki STIM1 [21].

Chociaż obecność TAC nie zmieniła tempa wzrostu i kurczenia się mikrotubul, zmniejszyła prawdopodobieństwo, że mikrotubula ulegnie katastrofie (zacznie depolimeryzować) [232]. Kanaliki ER można również wydłużać poprzez przyłączenie do depolimeryzującej mikrotubuli za pośrednictwem dTAC [38]; skład ER dTAC nie jest znany. Dlaczego istnieją dwie metody transportu ER w kierunku obwodu komórki?

W przypadku zarodków Xenopus, chociaż kinezyna-1 jest obecna w ER, jest ona aktywna dopiero w późniejszym rozwoju [187]. Zamiast tego sieć ER rozprzestrzenia się w cytoplazmie poprzez połączone działanie dyneiny, która przyciąga ją do jądra i centrosomu, oraz TAC, rozciągając ją na zewnątrz w miarę ppolimeryzacji mikrotubul [184]. W hodowanych komórkach TAC zapewnią, że ER dotrze aż do krawędzi komórki.

Z kolei preferencja kinezyny-1 dla stabilnych mikrotubul jako ścieżek, być może dlatego, że mają one mniej MAP7 związanego z powierzchnią, oznacza, że ​​słabo przemieszcza się ona do końca nowo spolimeryzowanych mikrotubul [229].

Wykazano ważną rolę lokalizacji ER za pośrednictwem STIM1-EB1-w stożkach wzrostu neuronów, gdzie STIM1 jest potrzebny do orientacji mikrotubul i ER, co jest niezbędne, aby stożek wzrostu przemieszczał się w kierunku gradientu czynnika wzrostu [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com