Susipynę ir puikiai subalansuoti: endoplazminio tinklo morfologija, dinamika, funkcija ir ligos 4 dalis

3. ER dinamika

ER yra sudėtingas ne tik savo organizacija, bet ir savo judėjimu. ER dinamikos supratimo pažanga buvo lėtesnė nei ER morfologija, nes dėl tolimesnių kanalėlių ir nuolatinio tinklo judėjimo bei pertvarkymo ER tampa sudėtinga vaizduoti.

Endoplazminis tinklas yra vienas iš svarbiausių ląstelių organų ir atlieka daug svarbių biologinių funkcijų, tokių kaip baltymų sintezė, glikozilinimo reakcija, lipidų sintezė ir skaidymas, jonų pernešimas ir saugojimas ir kt. Be to, tyrimai rodo, kad yra ir glaudus ryšys. tarp endoplazminio tinklo ir atminties.

Pirma, endoplazminis tinklas atlieka labai svarbų vaidmenį palaikant normalias fiziologines neuronų funkcijas. Daugybė tyrimų parodė, kad endoplazminio tinklo disfunkcija gali sutrikdyti neuronų vystymąsi ir brendimą, taip paveikti žmonių mokymosi ir atminties gebėjimus. Tuo pačiu metu endoplazminis tinklas taip pat dalyvauja neuronų sinapsiniame plastiškumą. Reguliuodamas atvirkštinį transportavimą ir kalcio jonų išsiskyrimą, jis dalyvauja formuojant ir palaikant sinapsinį plastiškumą, pvz., ilgalaikį potenciją ir ilgalaikę depresiją.

Antra, tyrimai rodo, kad endoplazminis tinklas atlieka neurotransmisijos reguliavimo funkciją. Endoplazminis tinklas tiesiogiai arba netiesiogiai veikia ryšį tarp neuronų, reguliuodamas neurotransmiterių sintezę ir transportavimą. Todėl endoplazminio tinklo disfunkcija gali sukelti rimtų neuromediatorių disbalanso, dėl kurio gali atsirasti neigiamų pasekmių, tokių kaip atminties praradimas ir psichinė degeneracija.

Galiausiai, endoplazminis tinklas taip pat gali sintetinti ir saugoti didelį kiekį lipidų, įskaitant sfingomieliną, kurio reikia neuronams. Sfingomielinas yra nepaprastai svarbus neuronų stabilumui ir funkcijai palaikyti. Todėl endoplazminio tinklo gebėjimas reguliuoti sfingomieliną tiesiogiai veikia smegenų darbo kokybę ir žmonių atmintį.

Apibendrinant galima pasakyti, kad ryšys tarp endoplazminio tinklo ir atminties yra neatsiejamas. Stiprindami supratimą ir reguliavimą apie endoplazminio tinklo funkciją, galime geriau apsaugoti ir pagerinti žmonių atmintį, taip pagerindami gyvenimo ir mokymosi kokybę. Matyti, kad turime gerinti atmintį, o Cistanche deserticola gali žymiai pagerinti atmintį, nes Cistanche deserticola yra tradicinė kinų vaistinė medžiaga, turinti daug unikalių poveikių, vienas iš jų – gerinti atmintį. Cistanche deserticola veiksmingumą lemia daugybė jame esančių veikliųjų medžiagų, įskaitant tanino rūgštį, polisacharidus, flavonoidinius glikozidus ir kt. Šie ingredientai įvairiais būdais gali skatinti smegenų sveikatą.

Spustelėkite Žinokite trumpalaikę atmintį, kaip pagerinti

ER dinamiką žinduolių ląstelėse galima suskirstyti į tris tipus: nusistovėjusių tinklo elementų virpesiai; dalelių dinamika ER liumenyje arba membranoje; ir naujų tinklo elementų generavimas (žr. 3 pav.).

ER dinamikos paskirtis vis dar neaiški, tačiau vyrauja teorija, kad svyravimai pagreitina ER vykstančius procesus, palengvindami liumeninių ir transmembraninių dalelių judėjimą [25,180,181].

3.1. ER dinamikos citoskeletinė kontrolė

ER nuolat pertvarko savo erdvinę organizaciją. Įspūdinga ER dinamika buvo pastebėta gyvose kultivuotose CV1 ląstelėse [182], tritono plaučių ląstelėse [23] ir auginimo kūgiuose kultivuotuose neuronuose [183] ​​dar gerokai prieš žalio fluorescencinio baltymo (GFP) atradimą, naudojant lipofilinius dažus. DiOC6.

Nauji vamzdeliai gali būti ištraukti iš esamo tinklo ir sujungti su gretimais vamzdeliais ar jungtimis, kad būtų sukurtos naujos jungtys, o tinklo daugiakampiai gali susidaryti ir išnykti ([182]; 4 pav.). Šis mikrovamzdelių varikliu varomas judėjimas aprašytas 3.1.1 skirsnyje. Tinklo dalis lakštuose ir vamzdeliuose taip pat gali dinamiškai keistis.

ER lakštai persitvarko į kanalėlius, kai ribosomos nuo jų paviršiaus pašalinamos puromicinu [45]. Kaip aprašyta toliau, mikrovamzdelių kanalėlių judėjimo slopinimas savo ruožtu gali padidinti į lakštą panašių regionų dalį. Pranešama, kad patekimas į mitozę sukelia lapo išsiplėtimą [37, 43, 184], nors kiti tyrimai parodė, kad sustiprėja mitozinis kanalėlis [45], kurį skatina 3 ir 4 REEP [185].

Toks dinaminis pertvarkymas gali padėti organelėms greitai paimti ląstelių tūrio mėginius [1] ir reaguoti į ląstelių poreikių ir mitybos būklės pokyčius (3.1.3 skyrius).

Su ER susiję mikrotubulių varikliai nėra vienintelė priemonė, kuria ER sąveikauja su citoskeletu, o kituose skyriuose aprašome, kaip kanalėliai taip pat gali būti išplėsti sąveikaujant su augančiais mikrovamzdeliais per antgalių tvirtinimo kompleksus (TAC) ir susiejant su judriais MCS.

Taip pat aprašyta statinė ER kanalėlių sąveika su mikrotubuliais ir aktino citoskeleto vaidmuo.

3.1.1. Mikrotubulinių variklių pavaros ER dinamika

Ankstyvieji tyrimai, naudojant DiOC6, atskleidė, kad ER kanalėliai ląstelės periferijoje dažnai glaudžiai susilieja su mikrovamzdeliais [23,183,186], kaip patvirtinta daugelyje vėlesnių tyrimų (pvz., [21,38,187]).

Kartu su mikrovamzdeliais taip pat vyksta žiedų persitvarkymas ir kanalėlių išsišakojimas [38]. Mikrotubulių depolimerizacija visiškai slopino ER kanalėlių ir tinklo dinamiką VERO ląstelėse [20], padidino ER kiekį lakštinėse struktūrose ir sumažino vamzdinį tinklą [20, 37, 38, 186, 188].

Didelės skiriamosios gebos vaizdavimas gyvose ląstelėse parodė, kad šiuos lakštus sudaro morfologijų mišinys, įskaitant storus lakštus, plonesnius lakštus, kuriuose yra nanoskylių, ir tankius vamzdinius tinklus [33], o tai rodo, kad mikrovamzdeliai ne tik kontroliuoja ER tinklo padėtį, bet ir prisideda prie detalus ER membranos domenų organizavimas.

Tiesioginis ER tipo kanalėlių, besitęsiančių išilgai mikrovamzdelių, vizualizavimas pirmiausia buvo atliktas atliekant in vitro tyrimus, naudojant ekstraktus iš CV1 ląstelių [189] arba tarpfazių Xenopus kiaušinėlių [190], kur vaizdo patobulinta diferencialinio interferencinio kontrasto mikroskopija atskleidė membranos kanalėlių slydimą išilgai mikrotubulių. Buvo įrodyta, kad Xenopus tinklai yra ER pagal antikūnų žymėjimą ir polisomų buvimą membranos paviršiuje [19].

Dėl judrumo kanalėliai susiliečia vienas su kitu, todėl kanalėlių susiliejimas [19, 20, 189] priklausė nuo atlasino [184]. Be to, tiek sklandžiai, tiek šiurkščiai ER iš žiurkių kepenų sudarė judriuosius tinklus, kai jie buvo sujungti su tarpfaziniu Xenopus kiaušinio citozoliu, parodydami, kad judrumas ir membranų susiliejimas yra išsaugotas įvairiose rūšyse [191]. Tačiau jei membranos koncentracija in vitro yra pakankamai didelė, nesant mikrotubulių gali susidaryti ER kanalėlių tinklas [192].

Varikliu varomas ER kanalėlių slydimas išilgai mikrovamzdelių nuo to laiko buvo daug kartų vizualizuotas naudojant fluorescencinę mikroskopiją (pvz., [20–22,38]). Kadangi mikrotubulai yra orientuoti į daugumą kultivuojamų ne neuroninių ląstelių, o jų dinamiški „pliusiniai“ galai yra link ląstelių periferijoje, greitam ER kanalėlių slydimui į išorę reikalingas į aplus galą nukreiptas mikrovamzdelių variklis. Už šį judrumą atsakingas kinezinų superšeimos įkūrėjas kinezinas-1 [20,193,194].

Kinezino{0}} slopinimas ne tik slopino kanalėlių judėjimą į išorę, bet ir padidino ER lapo sričių dalį ląstelės periferijoje [20]. Atsižvelgiant į tai, kad lakštinius regionus gali sudaryti arba sukaupti smulkūs vamzdiniai tinklai [34] arba lakštai, kuriuose yra nanoskylių [33], bus įdomu sužinoti, ar šie lakštai atitinka kurio nors tipo struktūrą, ar yra morfologijų mišinys, kaip matyti po to. gydymas nokodazolu [33].

Dauguma kinezino-1 gyvūnų ląstelėse yra tetrameriniai, susidedantys iš dviejų identiškų motorinių (KIF5) subvienetų ir dviejų identiškų KLC [195]. Stuburiniai gyvūnai ekspresuoja tris KIF5 genus: KIF5B ekspresuojamas visur, o KIF5A ir C yra praturtinti neuronais. Prie KIF5A grįšime vėliau, nes mutacijos sukelia neurodegeneracines ligas (1 lentelė) [195]. Yra keturi KLC genai, kurių KLC 1, 2 ir 4 yra plačiai išreikšti.

KLC1 ​​egzistuoja keliomis pakaitomis sujungtomis formomis, o KLC1B reikalingas ER judrumui [20 193]. Svarbus neišspręstas klausimas yra kinezino -1 receptoriaus tapatumas ER. Buvo pasiūlyti keli kandidatai, tačiau yra įspėjimų, susijusių su visais. jų. Neuroninėse ir ne neuroninėse ląstelėse ir skirtinguose audiniuose gali būti skirtingų receptorių. Kinektinas buvo identifikuotas naudojant funkciją blokuojantį monokloninį antikūną [196] ir jungiasi prie KIF5 C galo [197].

Kinektinas buvo susijęs su židinio adhezijos dinamikos reguliavimu chemotaksės metu, skatinant ER nukreipimą į židinio sukibimą ląstelės priekiniame krašte [198, 199].

Įdomu tai, kad Rab18 reikalingas šiam procesui ir sudaro trejokį kompleksą su kinektinu ir kinezinu -1 [198]. Tačiau kinektino išmuštos pelės neturėjo fenotipo, o ER (ir kitų organelių) pasiskirstymas KO MEF buvo normalus [200].

Be to, auginamuose neuronuose ER tęsiasi išilgai aksonų, tačiau kinektinas stebimas tik ląstelės kūne [194], atsižvelgiant į jo siūlomą vaidmenį palaikant ER lapų tarpus [13].

Nepaisant to, kinektino siRNR išeikvojimas sumažino ER tinklo dinamiką Cos{0}} ląstelėse [26]. Įdomu tai, kad Rab10 taip pat yra susijęs su ERtubulų susidarymo reguliavimu [7] ir, kaip pranešta, sudaro kompleksą su JIP1, neuronų ekspresuojamu kinezino adapteriu, ir KLC1, skatinančiu sekrecinių pūslelių transportavimą neuronų poliarizacijos ir aksonų augimo metu [201].

Ar šis kompleksas yra susijęs su ERtubulo išplėtimu neuronuose ir ar Rab{0}}kinectin-KIF5B kompleksas reikalingas ER kanalėlių išplėtimui nemigruojančiose ląstelėse, yra atviri klausimai. Kitas kandidatas į ER kinezino-1 receptorių yra p180. , kuris turi homologiją su kinektino kinezino -1 surišimo domenu [202] ir kuris, kaip ir kinektinas, taip pat buvo lokalizuotas ne neuroninių ląstelių centrinėse lapų srityse [13, 16, 194].

 Tačiau išaugintuose neuronuose p180 lokalizuotas ne tik ląstelės kūno lakštuose, bet ir aksonų kanalėliuose, bet ne dendrituose [194], o alokalizacija atitinka KIF5 surišimą. Tačiau tikėtina, kad jis veiks kaip inkaras tarp ER ir mikrotubulių, o ne kaip kinezino -1 receptorius (žr. 3.1.3 skyrių). Yra dar du kandidatai į kinezino receptorius.

Protrudinas (geno pavadinimas ZFYVE27) yra ER reziduojantis kineziną surišantis baltymas, turintis pagrindinį vaidmenį kuriant judrią latendosomų – ​​ER MCS judrumą, kaip aprašyta 3.1.2 skyriuje. Tačiau jo koncentracija yra žema (neaptinkama HeLa ląstelių proteome [203]), ir nors jo išeikvojimas su siRNR sukelia vėlyvą endosomų grupavimą ląstelės centre [204, 205], neaišku, kokį poveikį tai turi ER pasiskirstymui.

Galiausiai, buvo įrodyta, kad ER lokalizuotas transmembraninis DNR-J domeno baltymas B14 sąveikauja su KIF5B, kad sukurtų vietą SV40 viruso išsiskyrimui iš ER [206], tačiau jo dalyvavimas normalioje ER dinamikoje dar turi būti išbandytas.

Atsižvelgiant į tai, kad ER tęsiasi į išorę nuo branduolio apvalkalo link ląstelės periferijos, netikėta išvada buvo ta, kad ER kanalėliai judėjo link mikrotubulių minusų tarpfaziniuose Xenopus kiaušinių ekstraktuose, kuriuos varo dyneinas [19 184 190 207 208].

Tai atitinka reikalavimą, kad branduolio apvalkale esantis dyneinas paskatintų probranduolinę migraciją, kurią galima atkurti šiuose ekstraktuose [209]. Tačiau išskirtinai dyneino varomas ER judrumas išliko net ekstraktuose, pagamintuose iš embrionų po penktojo ląstelių dalijimosi: nuo kinezino priklausomas ER judėjimas buvo pastebėtas tik tada, kai buvo panaudotas buožgalvio ląstelių linijos citozolis [187].

Neseniai atliktas darbas pateikė patenkinamą šio reiškinio paaiškinimą [210]: perinuklearinis ER telkinys, kuris kaupiasi dėl dyneino aktyvumo, reikalingas dideliems branduoliams, pastebėtiems ankstyvuose embrionuose (šiame tyrime – jūros ežių ir Xenopus embrionuose), surinkti.

Be to, ekspresuojant papildomą retikuloną 4b, sumažėjo branduolių dydis, tikriausiai sumažinant ER lapo sričių susidarymą [210]. Xenopus kiaušinių ekstraktai taip pat atskleidė nuo ląstelių ciklo priklausančius ER dinamikos pokyčius, kai dyneino varomas judėjimas buvo slopinamas metafazės sustabdytuose ekstraktuose [184 190 207], o miozino V varomas ER judrumas ant aktino gijų buvo suaktyvintas [211].

ER lapai kaupiasi [184], kaip buvo pranešta mitozinėse HeLa ląstelėse [37], nors kiti tyrimai tam prieštarauja [45 185]. Dineinas yra ne tik svarbus ER variklis embrioninėse ląstelėse. Maždaug pusė greitesnių kanalėlių judėjimo VERO ląstelėse įvyko link ląstelės centro ir buvo varomi dyneino [20].

Be to, dėl dyneino slopinimo ląstelės periferijoje labai susikaupė ER lapeliai, nepaveikdami į išorę vykstančio kinezino sukelto judėjimo [20]. Panašiai ir dyneinas, ir kinezinas -1 skatina ER kanalėlių judrumą aksonuose [194] ir kultivuotų graužikų hipokampo neuronų dendritų [212 213]. Kol kas dyneinono ER receptorius nebuvo nustatytas jokioje sistemoje, skirtingai nei ERES (2.2.2 skyrius).

Paskutinis mikrotubulių variklio varomo judėjimo, kuriame dalyvauja ER, pavyzdys yra branduolinė migracija ir padėties nustatymas. Be pirmiau minėtos probranduolinės migracijos, kinezinas ir dyneinas koordinuoja branduolio padėties nustatymą įvairiose situacijose, pavyzdžiui, vykstant neuronų branduolio migracijai smegenų vystymosi metu [214] ir branduolinio judėjimo metu daugelyje C. elegans vystymosi stadijų [215].

Dineinas branduolio apvalkale yra svarbus centrosomų atskyrimui G2/profazės pabaigoje ir palengvina branduolio apvalkalo suskaidymą (apžvelgta [216]). Kinezinas -1 taip pat dalyvauja centrosomų ir branduolio pozicionavime nepoliarizuotose ląstelėse, kur RanBP2 ir BICD2 yra įtraukiamas į branduolinį apvalkalą [217].

Įdomu tai, kad nesprinas 4 yra specifiškai ekspresuojamas išoriniame branduolio apvalkale poliarizuotame epitelyje, kur jis įdarbina kineziną -1, kuris vėliau perkelia branduolį į ląstelės pagrindą [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com