Jalinan Dan Seimbang Halus: Morfologi Retikulum Endoplasma, Dinamik, Fungsi dan Penyakit Bahagian 5

3.1.2. Dinamik ER Pengantaraan MCS

Sebagai tambahan kepada sambungan tubul yang didorong oleh motor secara langsung pada membran ER, ERdynamics boleh disebabkan oleh tapak sentuhan membran ER dengan endosom awal dan lewat, lisosom, dan mitokondria [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] yang bergerak sepanjang mikrotubul.

Penyelidikan telah mendapati bahawa asid hidrolase dalam lisosom boleh memecahkan protein dan menukarnya menjadi asid amino, yang boleh digunakan oleh sel untuk mensintesis protein baru. Proses ini penting untuk pembelajaran dan ingatan, kerana sintesis protein berkait rapat dengan pembentukan ingatan.

Di samping itu, lisosom juga boleh memastikan sel sihat dengan memecahkan sisa selular yang diselubungi dan bahan berbahaya dan mengeluarkan sisa dan toksin daripada sel. Proses ini juga penting untuk melindungi kemandirian dan fungsi neuron. Neuron ialah sel otak kita dan ia memainkan peranan penting dalam proses pembelajaran dan ingatan. Jika neuron terjejas oleh sisa selular dan bahan berbahaya, fungsi dan keupayaannya untuk terus hidup akan terjejas teruk, menjejaskan pembentukan dan pengekalan ingatan.

Oleh itu, mengekalkan fungsi dan kesihatan lisosom adalah sangat penting untuk meningkatkan daya ingatan dan melindungi kemandirian dan fungsi neuron. Bagaimana untuk mengekalkan fungsi dan kesihatan lisosom? Pertama sekali, kita perlu memberi perhatian kepada pengambilan nutrien terutamanya pengambilan nutrien penting seperti protein; kedua, kita perlu mengekalkan tidur dan senaman yang mencukupi; akhirnya, kita perlu mengelakkan tabiat hidup yang buruk seperti berjaga malam untuk mengurangkan tekanan hidup dan beban fizikal.

Secara ringkasnya, hubungan antara lisosom dan ingatan adalah sangat rapat. Dengan memberi tumpuan kepada mengekalkan fungsi dan kesihatan lisosom, kita boleh meningkatkan ingatan dan melindungi kelangsungan hidup dan fungsi neuron, dengan itu menggalakkan kesihatan dan perkembangan badan. Ia boleh dilihat bahawa kita perlu meningkatkan ingatan, dan Cistanche deserticola boleh meningkatkan ingatan dengan ketara, kerana Cistanche deserticola mempunyai kesan antioksidan, anti-radang dan anti-penuaan, yang boleh membantu mengurangkan pengoksidaan dan tindak balas keradangan dalam otak, dengan itu melindungi kesihatan sistem saraf. Selain itu, Cistanche deserticola juga boleh menggalakkan pertumbuhan dan pembaikan sel saraf, sekali gus meningkatkan ketersambungan dan fungsi rangkaian saraf. Kesan ini boleh membantu meningkatkan ingatan, keupayaan pembelajaran, dan kelajuan berfikir, dan juga boleh menghalang perkembangan disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik Tahu untuk meningkatkan ingatan jangka pendek

Ini adalah contoh proses yang dirujuk sebagai 'hitchhiking', di mana satu organel menyediakan motor dan memacu pergerakan kargo lain yang tidak bergerak dengan sendirinya [38,221,222]. Kerja awal pada pergerakan tubul ER mengenal pasti domain motil yang berbeza secara morfologi di hujung beberapa tubul ER yang bergerak [182,191].

Walau bagaimanapun, terdapat bukti jelas daripada mikroskop cahaya yang dihantar dan pelabelan DiOC6 bahawa tubul ER sendiri boleh translokasi terus di sepanjang mikrotubul, tanpa perlu menumpang dengan organel lain [19,182,183,190].

Kira-kira separuh daripada Rab5-endosom positif dalam sel Cos-7 dilekatkan pada ER semasa pengimejan [75], dan apabila diimej pada kadar bingkai rendah (1 bingkai setiap 1.5 s) kelihatan kurang motil berbanding lisosom yang berkaitan dengan ER [219], dan kurang berkemungkinan menyebabkan mobiliti tubul ER [26].

Walau bagaimanapun, pengimejan secara langsung pada kadar bingkai pantas yang diperlukan untuk menangkap pergerakan endosom awal yang pantas telah mendedahkan bahawa endosom yang bergerak boleh berpindah ke arah tubul ER, meraihnya, dan terus bergerak, menarik keluar tubul ER di belakangnya ([74]; Rajah 4).

Apabila endosom awal bergerak terutamanya ke arah pusat sel, didorong oleh dynein [74,223], hitchhiking pada endosom awal mungkin menyumbang beberapa sambungan tubul ER yang bergantung kepada dynein [20].

Cara dynein dan kinesin direkrut ke endosom awal, dan peranan kinesin-1 dalam pergerakannya, tidak difahami sepenuhnya. Kerja terkini mencadangkan bahawa 30–50% peristiwa lanjutan tubul ER didorong oleh menumpang pada endosom/lisosom lewat bergerak sepanjang mikrotubulus, manakala 40% tubulus bergerak sepanjang mikrotubul secara bebas, dan selebihnya dimediasi oleh TACs ordTACs (lihat di bawah) [26,38,219].

Yang menghairankan, hampir semua lisosom dikaitkan dengan dan dipindahkan dengan, rangkaian ER [219]. Lisosom yang diimejkan sebelum, semasa, dan selepas peristiwa mendaki dilihat menjadi perlahan apabila dilekatkan pada tubul ER [204,219], mungkin kerana terdapat kurang seretan yang menentang daya yang dihasilkan oleh motor lisosom apabila tidak memanjangkan tubul ER.

Dua protein pemastautin ER yang terlibat dalam sintesis fosfolipid, PIS, dan CEPT1, yang sebelum ini telah ditunjukkan berada di hujung tubul motil bersama-sama dengan Rab10 [7], dikaitkan dengan kejadian LE / lisosom hitchhikinge [26].

Sekali lagi, dynein dan kinesin-1 ialah motor utama yang memacu pergerakan endosom/lisosom lewat, dan terdapat pelbagai cara mereka diambil dan dikawal, beberapa daripadanya melibatkan interaksi dengan ER (disemak dalam [128,129]). Dynein boleh diambil melalui RILP dan Rab7 (dengan kehadiran paras kolesterol tinggi); ALG2 dan TRPML1 (dikawal oleh PI(3,5)P2 dan kalsium); atau JIP4 dan TMEM55B (digalakkan oleh kebuluran, yang meningkatkan transkripsiTMEM55B melalui mTORC1) [128,129]. Kinesin-1 direkrut oleh SKIP dan Arl8(dikawal oleh BORC), atau FYCO1 dan Rab7 (dikawal oleh PI(3)P dan melibatkan protrudin di ER: lihat di bawah), dan kedua-dua pautan adalah melalui KLC [128,129].

Soalan terbuka ialah sama ada berbilang mekanisme ini berfungsi secara selari pada organel yang sama, atau sama ada terdapat pemilihan spatial (cth, pada subdomain membran tertentu), atau bertukar bergantung pada status metabolik, atau input lain.

Jika hanya 30–50% daripada tubul ER bergerak bersama-sama dengan endosom/lisosom lewat, betapa pentingnya ER hitchhiking ini untuk organisasi ER secara keseluruhan? Dua kajian baru-baru ini telah menunjukkan bahawa dalam sel Cos-7 sekurang-kurangnya, jawapannya adalah-sangat.

Mengganggu ER-late endosomeMCSs oleh pengurangan RNAi-mediated VAPA (yang mengikat ORP1L untuk menambat LE kepada ERvia Rab7: [128]) juga mengganggu morfologi ER dan mengurangkan tahap tubul ER dan kerumitan rangkaian, terutamanya di pinggir [26,219], dengan kejatuhan semua ahli keluarga ER VAP (VAPA, VAPB, dan MOSPD2) memberikan fenotip yang lebih kuat [26].

Di samping itu, memanipulasi motor yang terdapat pada endosom / lisosom lewat menyediakan cara yang berguna untuk mencetuskan pergerakan endosom ke dalam atau ke luar, yang membawa kepada pengurangan atau peningkatan dalam tubul ER periferi [26,219] dan dinamik rangkaian [26].

Menariknya, pengurangan SKIP atau Arl8 menyebabkan perubahan besar dalam rangkaian ER, menunjukkan bahawa ini adalah laluan utama untuk pengambilan{1}} kinesin untuk proses ini, bukannya protrudin/FYCO1 [219].Protrudin, produk gen ZFYVE27 , ialah protein transmembraneER berbilang rentang yang mempunyai banyak interaksi, baik di ER dan di endosomes lewat.

Pada ER, ia mengikat kepada atlastin protein pembentuk ER, REEP 1 dan 5, retikulon 1, 3, dan4, dan juga berinteraksi dengan VAP melalui motif FFAT ([224]; disemak dalam [225]). Ia juga boleh mengikat endosom lewat melalui domain pengikat Rab, yang mengikat Rab7-GTP dan domain FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 dan EEA1), yang mengikat kepada fosfatidillinositol yang diperkaya secara endosomal lewat. 3-fosfat (PI3P) [204,225].

Yang penting, ia juga mengikat semua ahli keluarga KIF5, walaupun interaksi paling kuat dengan KIF5A [226], yang sangat menarik memandangkan kedua-dua protrudin dan KIF5A (tetapi bukan KIF5B atau C) boleh menyebabkan spastikparaplegia keturunan apabila bermutasi (Jadual 1).

Ekspresi berlebihan mana-mana protein menyebabkan pembentukan tonjolan dalam sel tidak terkutub [226], oleh itu nama protrudin [225], manakala pengurangan pengantaraan siRNA membawa kepada pengembangan kawasan seperti helaian berlabel CLIMP63-ke dalam periferi sel [224]. Memandangkan potensi protrudin untuk mengikat endosom lewat, Raiborg dan rakan sekerja menyiasat jika ia terlibat dalam pembentukan MCS dan mendapati ia memang berlaku [204].

Tambahan pula, ekspresi berlebihan protrudin membawa kepada pengumpulan endosom lewat/lisosom pada pinggiran sel, fenotip yang sebelum ini dilihat untuk FYCO1, satu lagi protein pengikat PI3Pand Rab7-dan yang didapati berinteraksi dengan protrudin [204] .

Membayangkan FYCO1 dan protrudin dalam sel hidup mendedahkan bahawa FYCO1-positif lateendosomes yang bergerak berinteraksi dengan protrudin di ER, berhenti seketika atau perlahan semasa mereka melakukan ini, kemudian tertanggal dan bergerak dengan lebih pantas. Protrudin mengikat KIF5 dan FYCO1 mengikat KLC, dan ungkapan protrudin meningkatkan jumlah KIF5 yang dijumpai dikaitkan dengan FYCO1, membawa kepada model bahawa kinesin dihantar dari protrudin kepada FYCO1 pada lateendosome semasa persatuan endosom lewat ER, jadi mengaktifkan pergerakan endosom lewat sebaik sahaja ia pecah bebas daripada ER.

Walaupun model ini menarik, bukti yang lebih formal diperlukan. Namun yang jelas, kedua-dua protrudin dan FYCO1 adalah penting untuk sambungan akson [129,195,204,227]. Protrudin dan FYCO1-pengantaraan translokasi endosom lewat ke pinggir sel juga telah ditunjukkan sebagai penting untuk pembentukan invadopodia, di mana lateendosomes menghantar matriks protease MT1-MMP untuk rembesan, yang diperlukan untuk penghijrahan sel kanser [205 ].

Yang penting, kedudukan endosom/lisosom lewat dikawal oleh status pemakanan, seperti paras kolesterol dan asid amino, yang seterusnya mengawal pengambilan atau aktiviti -1dynein dan kinesin [128,129,228].

Peraturan ini baru-baru ini telah ditunjukkan mempunyai kesan yang besar terhadap dinamik ER dan pengedaran dalam sel [26,219]. Serum kebuluran kepada rangkaian ER yang kurang mudah alih dan mengurangkan motilitas endosom/lisosom lewat, membawa kepada rangkaian ER yang kurang kompleks di pinggir sel dengan persimpangan tubul yang lebih sedikit [26]. Lu dan rakan sekerja mendapati bahawa kebuluran serum 4 jam menyebabkan pengelompokan endosom/lisosom lewat, dan pengurangan dalam bahagian ER tiub, seperti juga pengayaan kolesterol [219].

Sebaliknya,24-kebuluran sejam atau kehabisan kolesterol mencetuskan penyetempatan periferi endosom tanpa kesan pada tubul ER [219]. Laluan hubungan ER-endosom/lisosom pengantara protrudin juga dipengaruhi oleh status pemakanan. Isoform neuron carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1C, adalah protein ER yang dikawal oleh tahap malonyl-CoA dan bermutasi dalam HSP [228].

Kerja baru-baru ini telah mendedahkan bahawa CPT1C diperlukan untuk pertumbuhan neuron yang betul dan mengawal pengangkutan endosom/lisosom lewat ke hujung akson, dan ini memerlukan keupayaannya untuk mengikat malonil-CoA [228].

Ia berinteraksi dengan protrudin, dan menyatakannya dalam sel HeLa meningkatkan perkadaran endosom lewat FYCO1-yang bergerak ke luar jika terdapat malonil-CoA, tetapi mengurangkan pergerakan ke paras di bawah kawalan jika malonyl-CoA telah habis.

Walau bagaimanapun, tidak seperti protrudin, CPT1C hadir, tetapi tidak diperkaya, pada hubungan ER–lisosom, menunjukkan bahawa ia mengawal interaksi protrudin–FYCO1–kinesin-1 dan bukannya terlibat secara langsung. Pengarang mencadangkan bahawa dengan adanya malonyl-CoA, CPT1C menggalakkan pemindahan kinesin-1 daripada protrudin kepada FYCO1 pada endosom/lisosom lewat, dengan itu menggalakkan pergerakan keluar mereka dalam neuron [228].

Walau bagaimanapun, seperti yang dinyatakan di atas, model pemindahan kinesin ini memerlukan ujian lanjut. Mitokondria diketahui berinteraksi secara meluas dengan ER dalam sel hidup [22], dan mitokondria motil boleh memanjangkan tubul ER [22,38]. Mitokondria yang berkaitan dengan ER lebih disukai disetempatkan kepada mikrotubul asetilasi [22], yang merupakan landasan pilihan untuk kinesin-1(cth, [229]), yang merupakan motor untuk kedua-dua mitokondria (cth, [230]) dan ER.

Mitokondria juga dilihat berinteraksi dengan lisosom, dan lisosom yang bergerak boleh mengeluarkan tubul athin daripada mitokondria [38]. Oleh kerana tubul nipis yang serupa didapati memanjang daripada mitokondria pada titik sentuhan ER melalui tindakan KIF5B dan reseptor mitokondrianya Miro1 [230], ia menimbulkan persoalan sama ada PDZD8-mengakibatkan MCS tiga hala antara ER, endosomes lewat. , dan mitokondria boleh terlibat dalam kedua-dua proses.

Walau bagaimanapun, interaksi kompleks ini pada dasarnya melumpuhkan organel [126].

MCS amat penting untuk banyak aspek fungsi ER, metabolisme dan dinamik keseluruhan. Ini menjadikannya mencabar untuk mentafsir perubahan yang dilihat berikutan eksperimen yang direka untuk mengganggu satu aspek fungsi MCS.

Ini ditunjukkan oleh eksperimen yang mana Rab7a diperlukan untuk MCS endosom/lisosom lewat, dan terlibat dalam merekrut kedua-dua kinesin-1 dan dynein kepada endosom-telah terganggu. Pengurangan Rab7a, atau ungkapan Rab7a yang dikunci KDNK, membawa kepada pengumpulan CLIMP63-ER seperti helaian berlabel di pinggir sel dan pengaktifan tindak balas tekanan ER [231].

Mateus et al.menghipotesiskan bahawa perubahan struktur disebabkan oleh tekanan ER, bukannya perubahan dalam dinamik ER [231]. Sesungguhnya, terdapat banyak cara di mana tekanan boleh mempengaruhi MCS dan theER (disemak dalam [85]). Memantau tahap tekanan ER akan menjadi kawalan penting dalam kajian hadapan (cth, [219]).

3.1.3. Interaksi ER-Microtubule Bebas Motor

Adalah jelas daripada kajian awal bahawa tiga jenis interaksi ER-mikrotubulus wujud: translokasi ER tubulus pacuan motor, interaksi statik, dan lampiran ERtubul pada petua mikrotubulus yang semakin meningkat [23].

Interaksi terakhir memacu sambungan tubul melalui pembentukan 'kompleks lampiran hujung', atau TAC, pertama kali dilihat dalam ekstrak telur Xenopus [232]. Dalam pelbagai sel kultur, gelongsor dipacu motor dilihat mendominasi TAC dan interaksi statik antara tubul ER tip dan mikrotubul [20,21,23,38], walaupun peratusan berbeza antara jenis sel [21].

TAC terdiri daripada protein ER transmembraneSTIM1 (molekul interaksi stromal 1), yang berinteraksi dengan MT plus-end-trackingprotein EB1 [21]. STIM1 berinteraksi dengan Orai1 pada membran plasma apabila simpanan ERcalcium habis untuk membenarkan pemindahan kalsium dari luar sel ke dalam ER (lihat Bahagian 2.2.5). Menariknya, mencetuskan proses ini menghalang pengesanan tip STIM1 [21].

Walaupun kehadiran TAC tidak mengubah kadar pertumbuhan dan pengecutan mikrotubulus, ia mengurangkan kemungkinan mikrotubul mengalami malapetaka (mula menyahpolimerisasi) [232]. ERtubul juga boleh dipanjangkan dengan melekat pada mikrotubul penyahpolimeran melalui dTAC [38]; komposisi ER dTACs tidak diketahui. Mengapakah mempunyai dua kaedah untuk mengangkut ER ke arah pinggiran sel?

Dalam kes embrio Xenopus, walaupun kinesin-1 terdapat dalam ER, ia tidak aktif sehingga perkembangan selanjutnya [187]. Sebaliknya, rangkaian ER mengedarkan ke seluruh sitoplasma melalui aktiviti gabungan dynein yang menariknya ke arah nukleus dan sentrosom, dan TAC mengedarkannya ke luar sebagai mikrotubul berpolimerisasi [184]. Dalam sel berbudaya, TAC akan memastikan ER sampai tepat ke pinggir sel.

Sebaliknya, keutamaan kinesin-1 untuk stablemicrotubules sebagai trek, mungkin kerana ia mempunyai kurang MAP7 yang terikat pada permukaannya, bermakna ia mentranslokasi dengan buruk ke hujung mikrotubul yang baru dipolimerkan [229].

Peranan penting untuk penyetempatan ER pengantara STIM1-EB1- telah ditunjukkan dalam kon pertumbuhan neuron, di mana STIM1 diperlukan untuk orientasi mikrotubul dan ER yang penting untuk kon pertumbuhan bergerak ke arah kecerunan faktor pertumbuhan [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com