Läbipõimunud ja peenelt tasakaalustatud: endoplasmaatilise retiikulumi morfoloogia, dünaamika, funktsioon ja haigused, 5. osa

3.1.2. MCS-vahendatud ER dünaamika

Lisaks tuubulite pikenemisele, mida juhivad mootorid otse ER-i membraanil, võivad ER-dünaamikat põhjustada ER-i membraani kokkupuutekohad varajaste ja hiliste endosoomide, lüsosoomide ja mitokondritega [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220], mis liiguvad mööda mikrotuubuleid.

Uuringud on leidnud, et lüsosoomides sisalduv happeline hüdrolaas võib valke lagundada ja muuta need aminohapeteks, mida rakud saavad kasutada uute valkude sünteesimiseks. See protsess on oluline õppimise ja mälu jaoks, kuna valkude süntees on tihedalt seotud mälu kujunemisega.

Lisaks võivad lüsosoomid hoida rakke terved, lagundades neeldunud rakujäätmeid ja kahjulikke aineid ning eemaldades rakkudest jääkaineid ja toksiine. See protsess on kriitiline ka neuronite ellujäämise ja funktsiooni kaitsmisel. Neuronid on meie ajurakud ja neil on õppimis- ja mäluprotsessis oluline roll. Kui neuroneid mõjutavad rakujäägid ja kahjulikud ained, on nende funktsioon ja ellujäämisvõime tõsiselt kahjustatud, mis mõjutab mälu kujunemist ja säilimist.

Seetõttu on lüsosoomide funktsiooni ja tervise säilitamine mälu parandamisel ning neuronite ellujäämise ja funktsiooni kaitsmisel väga oluline. Kuidas hoida lüsosoomi funktsiooni ja tervist? Esiteks peame pöörama tähelepanu toitainete tarbimisele, eriti oluliste toitainete, nagu valk, omastamisele; teiseks peame säilitama piisava une ja trenni; lõpuks peame vältima halbu eluharjumusi, nagu hiline ärkamine, et vähendada elustressi ja füüsilist koormust.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et lüsosoomide ja mälu vaheline seos on väga tihe. Lüsosomaalse funktsiooni ja tervise säilitamisele keskendudes saame parandada mälu ning kaitsta neuronite ellujäämist ja talitlust, edendades seeläbi organismi tervist ja arengut. On näha, et peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, kuna Cistanche deserticola omab antioksüdantset, põletikuvastast ja vananemisvastast toimet, mis võib aidata vähendada oksüdatsiooni ja põletikulisi reaktsioone ajus, kaitstes seeläbi närvisüsteemi tervis. Lisaks võib Cistanche deserticola soodustada ka närvirakkude kasvu ja paranemist, parandades seega närvivõrkude ühenduvust ja funktsiooni. Need mõjud võivad aidata parandada mälu, õppimisvõimet ja mõtlemiskiirust ning võivad samuti takistada kognitiivse düsfunktsiooni ja neurodegeneratiivsete haiguste teket.

Lühimälu parandamiseks klõpsake nuppu Tea

See on näide protsessist, mida nimetatakse autostopimiseks, kus üks organell annab mootori ja juhib teise lasti liikumist, mis ei ole iseenesest liikuv [38 221 222]. Varajane töö ER-torukeste liikumisega tuvastas morfoloogiliselt erinevad liikumisdomeenid selle otstes. mõned liikuvad ER-tuubulid [182,191].

Siiski on läbiva valguse mikroskoopia ja DiOC6 märgistuse põhjal selgeid tõendeid selle kohta, et ER-tuubulid ise võivad liikuda otse mööda mikrotuubuleid, ilma et oleks vaja autostopsi sõita mõne teise organelliga [19,182,183,190].

Umbes pooled Cos-7 rakkude Rab{0}}positiivsetest endosoomidest kinnituvad pildistamise ajal ER-i [75] ja madala kaadrisagedusega (1 kaader 1,5 s) pildistamisel tundusid need vähem liikuvad kui ER-ga seotud lüsosoomid. [219] ja vähem tõenäoline, et see põhjustab ER tuubulite liikuvust [26].

Kuid reaalajas pildistamine kiire kaadrisagedusega, mis on vajalik kiire varajase endosoomi liikumise jäädvustamiseks, on näidanud, et liikuvad endosoomid võivad liikuda ER-tuubuli suunas, haarata sellest kinni ja jätkata liikumist, tõmmates enda tagant välja ER-tuubuli ([74]; joonis 4).

Kuna varajased endosoomid liiguvad peamiselt rakukeskuse suunas, mida juhib düneiin [74 223], võib varajastel endosoomidel sõitmine põhjustada mõningaid düneiinist sõltuvaid ER tuubuli pikendusi [20].

Seda, kuidas düneiin ja kinesiinid varajastesse endosoomidesse värvatakse ning kinesiini-1 rolli nende liikumises, ei mõisteta täielikult. Hiljutised tööd näitavad, et 30–50% ER tuubulite pikenemise sündmustest on tingitud autostopist hilistel endosoomidel/lüsosoomidel liikudes mööda mikrotuubuleid, samas kui 40% tuubulitest liikusid mööda mikrotuubuleid iseseisvalt ja ülejäänud osa vahendasid TAC-id ordTAC-id (vt allpool) [26,38,219].

Üllataval kombel olid peaaegu kõik lüsosoomid seotud ER-võrguga ja liikunud sellega [219]. Lüsosoomid, mida kujutati enne, selle ajal ja pärast autostopimist, aeglustusid, kui need olid kinnitatud ER tuubulitesse [204 219], tõenäoliselt seetõttu, et ER tuubuli pikendamata jätmisel oli lüsosomaalsete mootorite poolt tekitatud jõu vastu vähem takistust.

Kaks ER-residentset valku, mis osalevad fosfolipiidide sünteesis, PIS ja CEPT1, mis on varem näidatud olevat liikuvate tuubulite otstes koos Rab10-ga [7], olid seotud LE / lüsosoomi autostoppidega [26].

Jällegi on düneiin ja kinesiin -1 peamised mootorid, mis juhivad hilist endosoomi/lüsosoomi liikumist ning nende värbamiseks ja kontrollimiseks on mitmeid viise, millest mõned hõlmavad koostoimeid kiirabiga (vaadatud artiklis [128, 129]). Dyneini saab värvata RILP ja Rab7 kaudu (kõrge kolesteroolitaseme juuresolekul); ALG2 ja TRPML1 (reguleeritud PI(3,5)P2 ja kaltsiumi poolt); või JIP4 ja TMEM55B (seda soodustab nälgimine, mis suurendab TMEM55B transkriptsiooni mTORC1 kaudu) [128, 129]. Kinesiini -1 värbavad SKIP ja Arl8 (reguleerib BORC) või FYCO1 ja Rab7 (reguleeritakse PI(3)P-ga ja mis hõlmavad protrudiini ER-s: vt allpool) ning mõlemad sidemed on KLC-de kaudu [128,129].

Lahtine küsimus on, kas need mitmed mehhanismid toimivad paralleelselt samas organellis või on olemas ruumiline valik (nt teatud membraani alamdomeenidel) või lülitumine sõltuvalt metaboolsest olekust või muudest sisenditest.

Kui ainult 30–50% ER tuubulitest liigub koos hiliste endosoomide/lüsosoomidega, siis kui oluline on see ER autostop ER organisatsiooni jaoks üldiselt? Kaks hiljutist uuringut on näidanud, et vähemalt Cos-7 lahtrites on vastus väga.

ER-hilise endosoomi MCS-de katkestamine RNAi-vahendatud VAPA ammendumise tõttu (mis seob ORP1L-i, et ankurdada LE ERvia Rab7-le: [128]) häiris ka ER-i morfoloogiat ja vähendas ER-tuubulite ulatust ja võrgu keerukust, eriti perifeerias [26, 219]. kõigi ER VAPperekonna liikmete (VAPA, VAPB ja MOSPD2) katkestamine, mis annab tugevama fenotüübi [26].

Lisaks andis hilistes endosoomides/lüsosoomides esinevate mootorite manipuleerimine kasuliku vahendi endosoomi sisse- või väljapoole liikumise vallandamiseks, mis viis perifeersete ER-tuubulite [26,219] ja võrgudünaamika [26] vähenemiseni või suurenemiseni.

Huvitaval kombel põhjustas SKIP-i või Arl8 ammendumine ER-võrgus suuri muutusi, mis viitab sellele, et see on selle protsessi jaoks kinesiini{1}} värbamise peamine tee, mitte protrudiini/FYCO1 [219]. Protrudin, geeni ZFYVE27 toode. , on mitut ulatust hõlmav transmembraanne ER valk, millel on palju interaktsioone nii ER-s kui ka hilistes endosoomides.

ER-s seondub see ER-i kujundavate valkude atlastiini, REEP-de 1 ja 5, retikulonitega 1, 3 ja 4 ning interakteerub ka VAP-ga FFAT-motiivi kaudu ([224]; vaadatud [225]). Samuti võib see seostuda hiliste endosoomidega oma Rab-siduva domeeni kaudu, mis seob Rab7-GTP-d, ja domeeni FYVE (Fab-1, YGL023, Vps27 ja EEA1) kaudu, mis seondub hilise endosomaalselt rikastatud fosfatidüülinositooliga. 3-fosfaat (PI3P) [204 225].

Oluline on see, et see seostub ka kõigi KIF5 perekonnaliikmetega, kuigi interaktsioon on tugevaim KIF5A-ga [226], mis on silmatorkav, arvestades nii protrudiin kui ka KIF5A (kuid mitte KIF5B või C), mis võivad muteerumisel põhjustada pärilikku spastilist parapleegiat (tabel 1).

Kummagi valgu üleekspressioon põhjustas polariseerimata rakkudes väljaulatuvate osade moodustumist [226], sellest ka protrudiini nimi [225], samas kui siRNA-vahendatud ammendumine viis CLIMP63-märgistatud lehelaadsete piirkondade laienemiseni raku perifeeriasse. [224]. Arvestades protrudiini potentsiaali seostuda hilise endosoomiga, uurisid Raiborg ja kaastöötajad, kas see osales MCS-i moodustamises, ja leidsid, et see oli tõepoolest nii [204].

Lisaks viis protrudiini üleekspressioon hiliste endosoomide/lüsosoomide kuhjumiseni raku perifeeriasse – fenotüüpi, mida oli varem täheldatud FYCO1, teise PI3Pand Rab7-siduva valgu puhul ja millel leiti koostoime protrudiiniga [204] .

FYCO1 ja protrudiini kujutamine elusrakkudes näitas, et liikuvad FYCO1-positiivsed latendosoomid interakteerusid kiirabis protrudiiniga, peatudes või aeglustades seda tehes, seejärel eraldusid ja liikusid kiiremini minema. Protrudiin seob KIF5 ja FYCO1 seondub KLC-ga ning protrudiini ekspressioon suurendas FYCO1-ga seostatud KIF5 kogust, mille tulemuseks on mudel, mille kohaselt kantakse kinesiin ER-hilise endosoomi assotsiatsiooni ajal protrudiinilt FYCO1-le üle hilise endosoomi assotsieerumise ajal, aktiveerides seega hilise endosoomi liikumise, kui need katkevad. kiirabist vaba.

Kuigi see mudel on ahvatlev, on vaja rohkem formaalseid tõendeid. Selge on aga see, et nii protrudiin kui ka FYCO1 on aksoni pikendamiseks olulised [129,195,204,227]. Protrudiini ja FYCO{5}}vahendatud hiline endosoomi translokatsioon raku perifeeriasse on samuti osutunud oluliseks invadopoodide moodustumisel, kus latendosoomid edastavad sekretsiooniks maatriksproteaasi MT1-MMP, mis on vajalik vähirakkude migratsiooniks [205] ].

Oluline on see, et endosoomi/lüsosoomi hilist positsiooni kontrollivad toitumisseisundid, nagu kolesterooli ja aminohapete tase, mis omakorda reguleerivad düneiini ja kinesiini{0}}värbamist või aktiivsust [128,129,228].

Hiljuti on näidatud, et sellel regulatsioonil on suur mõju ER dünaamikale ja jaotumisele rakus [26 219]. Seerum nälgis vähem mobiilset ER-võrku ja vähendas hilise endosoomi/lüsosoomi liikuvust, mis viis raku perifeeriasse vähem keerukasse ER-võrku, kus on vähem tuubulite ühenduskohti [26]. Lu ja töökaaslased leidsid, et 4-tunnine seerumi nälgimine põhjustas hilise endosoomi/lüsosoomi klastrite moodustumise ja torukujulise ER osakaalu vähenemise, nagu ka kolesterooli rikastamise [219].

Seevastu 24-tunnine nälg või kolesterooli vähenemine põhjustas endosoomide perifeerse lokaliseerimise, ilma et see mõjutaks ER-tuubuleid [219]. Protrudiini poolt vahendatud ER-endosoomi/lüsosoomi kontaktteed mõjutab ka toiteväärtus. Karnitiini palmitoüültransferaasi 1 neuronaalne isovorm CPT1C on ER-valk, mida reguleerivad malonüül-CoA tasemed ja mis muteerub HSP-s [228].

Hiljutised tööd on näidanud, et CPT1C on vajalik neuronite õigeks kasvuks ja kontrollib hiliste endosoomide/lüsosoomide transportimist aksoni otsa ning see vajab selle võimet seonduda malonüül-CoA-ga [228].

See interakteerub protrudiiniga ja selle ekspressioon HeLa rakkudes suurendas malonüül-CoA olemasolu korral väljapoole liikuvate FYCO{1}}märgistatud hiliste endosoomide osakaalu, kuid malonüül-CoA ammendumisel vähendas liikumist kontrolltasemest madalamale.

Erinevalt protrudiinist oli CPT1C siiski olemas, kuid mitte rikastatud ER-lüsosoomi kontaktides, mis viitab sellele, et see reguleerib protrudiini-FYCO1-kinesiini -1 interaktsiooni, mitte ei ole otseselt seotud. Autorid viitavad sellele, et malonüül-CoA juuresolekul soodustab CPT1C kinesiini-1 ülekannet protrudiinilt FYCO1-le hilistel endosoomidel/lüsosoomidel, soodustades seega nende väljapoole liikumist neuronites [228].

Kuid nagu eespool mainitud, vajab see kinesiini ülekandemudel täiendavat testimist. Teadaolevalt interakteeruvad mitokondrid elusrakkudes ulatuslikult ER-ga [22] ja liikuvad mitokondrid võivad pikendada ER-tuubuleid [22,38]. ER-ga seotud mitokondrid paiknevad eelistatavalt atsetüülitud mikrotuubulites [22], mis on kinesiini -1 (nt [229]) eelistatud rada, mis on nii mitokondrite (nt [230]) kui ka ER.

Samuti nähti, et mitokondrid interakteeruvad lüsosoomidega ja liikuv lüsosoom võib mitokondritest välja tõmmata tuubuli [38]. Kuna KIF5B ja selle mitokondriaalse retseptori Miro1 [230] toimel leiti, et sarnased õhukesed tuubulid ulatuvad mitokondritest välja ER-i kontaktpunktides, tekitab see küsimuse, kas PDZD8-indutseeris kolmesuunalised MCS-id ER-i, hiliste endosoomide vahel. ja mitokondrid võivad olla mõlemas protsessis kaasatud.

See keeruline interaktsioon aga sisuliselt immobiliseeris organellid [126].

MCS-d on eluliselt olulised ER funktsiooni, ainevahetuse ja üldise dünaamika paljude aspektide jaoks. See muudab MCS-i funktsiooni ühe aspekti häirimiseks kavandatud katsete järgsete muutuste tõlgendamise keeruliseks.

Seda illustreerivad katsed, kus Rab7a funktsioon, mis oli vajalik hilise endosoomi/lüsosoomi MCS-i jaoks ja osales nii kinesiini -1 kui ka düneiini endosoomidesse värbamises, oli häiritud. Rab7a ammendumine või SKT-lukuga Rab7a ekspressioon põhjustas CLIMP63-märgistatud lehelaadse ER kuhjumise raku perifeeriasse ja ER stressireaktsiooni aktiveerumiseni [231].

Mateus jt hüpoteesivad, et struktuurimuutused on põhjustatud ER stressist, mitte muutustest ER dünaamikas [231]. Tõepoolest, on palju viise, kuidas stress võib MCS-i ja ER-i mõjutada (vaadatud artiklis [85]). ER stressitaseme jälgimine on tulevikuuuringutes oluline kontroll (nt [219]).

3.1.3. Mootorist sõltumatud ER-mikrotuubulite vastasmõjud

Varasematest uuringutest oli selge, et eksisteerib kolme tüüpi ER-mikrotuubulite koostoimeid: ER-tuubulite mootoripõhine translokatsioon, staatilised interaktsioonid ja ERtuubulite kinnitumine kasvavate mikrotuubulite otste külge [23].

Viimane interaktsioon viib tuubulite pikenemiseni nn otsakinnituskomplekside ehk TAC-de moodustumise kaudu, mida nähti esmakordselt Xenopuse munaekstraktides [232]. Paljudes kultiveeritud rakkudes domineeris mootoriga juhitav libisemine TAC-i ja ER-torukeste vahelise staatilise interaktsiooni üle. otsad ja mikrotuubulid [20, 21, 23, 38], kuigi protsent rakutüüpide lõikes oli erinev [21].

TAC-id koosnevad transmembraansest ER-valgustSTIM1 (stromaalse interaktsiooni molekul 1), mis interakteerub MT pluss-otsa jälgimisvalguga EB1 [21]. STIM1 interakteerub plasmamembraanil Orai1-ga pärast ERkaltsiumivarude ammendumist, et võimaldada kaltsiumi ülekandumist väljastpoolt rakku ER-i (vt punkt 2.2.5). Huvitaval kombel takistas selle protsessi käivitamine STIM1 otsa jälgimist [21].

Kuigi TACi olemasolu ei muutnud mikrotuubulite kasvu ja kahanemise kiirust, vähendas see tõenäosust, et mikrotuubul läbib katastroofi (hakkab depolümeriseerima) [232]. ERtuubuleid saab pikendada ka depolümeriseeruva mikrotuubuli külge kinnitumisel dTAC-i kaudu [38]; ER dTAC-de koostis ei ole teada. Miks on kaks meetodit ER transportimiseks raku perifeeria suunas?

Kuigi Xenopuse embrüote puhul esineb ER-s kinesiin -1, on see aktiivne alles hilisemas arengus [187]. Selle asemel jaotub ER-võrk kogu tsütoplasmas düneiini kombineeritud aktiivsuse kaudu, tõmmates seda tuuma ja tsentrosoomi suunas ning laiendades seda mikrotuubulite ppolümeriseerumisel väljapoole [184]. Kultiveeritud rakkudes tagavad TAC-id, et ER jõuab otse raku servani.

Seevastu kinesiini-1 eelistamine radadena stabiilsetele mikrotuubulitele, võib-olla seetõttu, et nende pinnaga on vähem seotud MAP7-d, tähendab see, et see liigub halvasti äsja polümeriseerunud mikrotuubulite lõppu [229].

STIM{0}}EB1-vahendatud ER lokaliseerimise olulist rolli on näidatud neuronaalsetes kasvukoonustes, kus STIM1 on vajalik mikrotuubulite orientatsiooniks ja ER, mis on oluline kasvukoonuse liikumiseks kasvufaktori gradiendi suunas [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com