Kietoutunut ja hienosti tasapainotettu: Endoplasmisen retikulumin morfologia, dynamiikka, toiminta ja sairaudet, osa 4

3. ER dynamiikka

ER ei ole vain monimutkainen organisaatioltaan, vaan myös liikkeeltään. Edistyminen ER-dynamiikan ymmärtämisessä on ollut hitaampaa kuin ER:n morfologia, koska nuoletut tubulukset ja jatkuva liike ja verkon uudelleenjärjestely tekevät ER:stä kuvaamisen haastavan.

Endoplasminen verkkokalvo on yksi tärkeimmistä solujen elimistä, ja sillä on monia tärkeitä biologisia toimintoja, kuten proteiinisynteesi, glykosylaatioreaktio, lipidisynteesi ja hajoaminen, ionien kuljetus ja varastointi jne. Lisäksi tutkimukset osoittavat, että sillä on myös läheinen yhteys. endoplasmisen retikulumin ja muistin välillä.

Ensinnäkin endoplasmisella retikulumilla on erittäin tärkeä rooli hermosolujen normaalien fysiologisten toimintojen ylläpitämisessä. Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että endoplasminen verkkokalvon toimintahäiriö voi johtaa häiriöihin hermosolujen kehityksessä ja kypsymisessä, mikä vaikuttaa ihmisten oppimis- ja muistikykyihin. Samanaikaisesti endoplasminen retikulumi osallistuu myös hermosolujen synaptiseen plastisuuteen. Käänteisen kuljetuksen ja kalsiumionien vapautumisen säätelyn kautta se osallistuu synaptisen plastisuuden muodostumiseen ja ylläpitoon, kuten pitkäaikaiseen potentiaatioon ja pitkäaikaiseen lamaantumiseen.

Toiseksi tutkimukset osoittavat, että endoplasmisella retikulumilla on tehtävä neurotransmissiosta. Endoplasminen verkkokalvo vaikuttaa suoraan tai epäsuorasti neuronien väliseen kommunikaatioon säätelemällä välittäjäaineiden synteesiä ja kuljetusta. Siksi endoplasmisen retikulumin toimintahäiriö voi aiheuttaa vakavia välittäjäaineiden epätasapainoa, mikä johtaa haitallisiin seurauksiin, kuten muistin menettämiseen ja henkiseen rappeutumiseen.

Lopuksi endoplasminen verkkokalvo voi myös syntetisoida ja varastoida suuria määriä lipidejä, mukaan lukien sfingomyeliini, jota neuronit tarvitsevat. Sfingomyeliini on erittäin tärkeä hermosolujen vakauden ja toiminnan ylläpitämiseksi. Siksi endoplasmisen retikulumin kyky säädellä sfingomyeliiniä vaikuttaa suoraan aivojen työn laatuun ja ihmisten muistiin.

Yhteenvetona voidaan todeta, että endoplasmisen retikulumin ja muistin välinen suhde on erottamaton. Vahvistamalla endoplasmisen retikulumin toiminnan ymmärtämistä ja säätelyä voimme paremmin suojella ja parantaa ihmisten muistia, mikä parantaa elämänlaatua ja oppimista. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistia, ja Cistanche deserticola voi parantaa muistia merkittävästi, koska Cistanche deserticola on perinteinen kiinalainen lääkeaine, jolla on monia ainutlaatuisia vaikutuksia, joista yksi on parantaa muistia. Cistanche deserticolan teho johtuu sen sisältämistä useista aktiivisista ainesosista, mukaan lukien tanniinihappo, polysakkaridit, flavonoidiglykosidit jne. Nämä ainesosat voivat edistää aivojen terveyttä monin eri tavoin.

Napsauta Tiedä lyhytaikaista muistia, kuinka voit parantaa

ER-dynamiikka nisäkässoluissa voidaan luokitella kolmeen tyyppiin: vakiintuneiden verkkoelementtien värähtely; hiukkasten dynamiikka ER:n luumenissa tai kalvossa; ja uusien verkkoelementtien luominen (katso kuva 3).

ER-dynamiikan tarkoitus on vielä epäselvä, mutta vallitseva teoria on, että värähtelyt kiihdyttävät ER:ssä tapahtuvia prosesseja helpottamalla luumen- ja transmembraanihiukkasten liikettä [25,180,181].

3.1. ER Dynamics -sytoskeletaalinen ohjaus

Päivystys järjestää jatkuvasti uudelleen tilaorganisaatiotaan. ER:n vaikuttava dynamiikka havaittiin elävissä viljellyissä CV1-soluissa [182], newt-keuhkosoluissa [23] ja viljeltyjen hermosolujen kasvukartioissa [183] ​​kauan ennen vihreän fluoresoivan proteiinin (GFP) löytämistä lipofiilisen väriaineen avulla. DiOC6.

Uusia putkia voidaan vetää ulos olemassa olevasta verkosta ja yhdistää viereisiin putkiin tai risteyksiin uusien yhteyksien luomiseksi, ja verkkopolygoneja voi muodostua ja kadota ([182]; kuva 4). Tämä mikrotubulusmoottorikäyttöinen liike on kuvattu kohdassa 3.1.1. Verkon osuus levyissä ja putkissa voi myös muuttua dynaamisesti.

ER-levyt järjestäytyvät uudelleen tubuleiksi, kun ribosomit irrotetaan niiden pinnasta puromysiinillä [45]. Kuten alla kuvataan, mikrotubuluspohjaisen tubuluksen liikkeen estäminen voi puolestaan ​​lisätä levymäisten alueiden osuutta. Mitoosiin pääsyn on raportoitu laukaisevan levyn laajenemista [37, 43, 184], vaikka muut tutkimukset ovat osoittaneet tehostunutta mitoottista tubulaatiota [45], jota ohjaavat REEP:t 3 ja 4 [185].

Tällainen dynaaminen uudelleenjärjestely voi auttaa organelleja ottamaan näytteitä solutilavuudesta nopeasti [1] ja reagoimaan solujen tarpeiden ja ravitsemustilan muutoksiin (kohta 3.1.3).

ER:ään liittyvät mikrotubulusmoottorit eivät ole ainoa keino, jolla ER on vuorovaikutuksessa solun tukirangan kanssa, ja seuraavissa osissa kuvataan, kuinka putkia voidaan laajentaa myös vuorovaikutuksella kasvavien mikrotubulusten kanssa kärkikiinnityskompleksien (TAC) kautta ja liittymällä liikkuvien MCS:ien kanssa.

Myös ER-tubulusten staattiset vuorovaikutukset mikrotubulusten kanssa ja aktiinin sytoskeleton rooli kuvataan.

3.1.1. Microtubul Motors Drive ER Dynamics

Varhaiset tutkimukset, joissa käytettiin DiOC6:ta, paljastivat, että solun reuna-alueella olevat ER-tubulukset asettuivat usein tiiviisti yhteen mikrotubulusten kanssa [23,183,186], kuten monissa myöhemmissä tutkimuksissa vahvistettiin (esim. [21,38,187]).

Renkaan uudelleenjärjestymistä ja tubulusten haarautumista esiintyy myös mikrotubulusten yhteydessä [38]. Mikrotubulusten depolymerointi esti täysin ER-tubulusten ja verkkodynamiikan VERO-soluissa [20] lisäsi ER:n määrää arkkimaisissa rakenteissa ja vähensi putkimaista verkkoa [20,37,38,186,188].

Superresoluutioinen kuvantaminen elävissä soluissa on osoittanut, että nämä levyt koostuvat morfologioiden sekoituksesta, mukaan lukien paksut levyt, ohuemmat nanoreikiä sisältävät levyt ja tiheät putkimaiset verkostot [33], mikä viittaa siihen, että mikrotubulukset eivät ainoastaan ​​ohjaa ER-verkon sijaintia, vaan myös vaikuttavat ER-kalvodomeenien yksityiskohtainen järjestäminen.

Mikrotubuluksia pitkin ulottuvien ER:n kaltaisten tubulusten suora visualisointi tuli ensin in vitro -määrityksistä, joissa käytettiin uutteita CV1-soluista [189] tai interfaasisista Xenopus-munista [190], joissa videolla tehostettu differentiaalinen interferenssikontrastimikroskopia paljasti kalvon putkien liukumisen mikrotubuluksia pitkin. Xenopus-verkkojen osoitettiin olevan ER vasta-aineleimauksen ja polysomien läsnäolon perusteella kalvon pinnalla [19].

Motiliteetti toi tubulukset kosketuksiin toistensa kanssa, mikä johti tubulusten fuusioon [19,20,189], joka oli atlastiinista riippuvainen [184]. Lisäksi sekä sileä että karkea ER rotan maksasta muodosti liikkuvia verkkoja yhdistettynä Xenopus-munan sytosoliin, mikä osoitti lajien välisen liikkuvuuden säilymisen ja kalvofuusion [191]. Jos kalvon pitoisuus on kuitenkin riittävän korkea in vitro, ER-tubulusverkosto voi muodostua ilman mikrotubuluksia [192].

ER-tubulusten moottorivetoinen liukuminen mikrotubuluksia pitkin on sen jälkeen visualisoitu monta kertaa fluoresenssimikroskoopilla (esim. [20–22,38]). Koska mikrotubulukset ovat suuntautuneet useimmissa viljellyissä ei-hermosoluissa niiden dynaamiset plus-päät kohti solujen periferia, nopea ulospäin ER-tubuluksen liukuminen vaatii aplus-päähän suunnatun mikrotubulusmoottorin. Kinesiinien superperheen perustajajäsen kinesiini-1 on vastuussa tästä liikkuvuudesta [20,193,194].

Kinesiinin{0}} esto ei vain estänyt tubulusten liikettä ulospäin, vaan myös lisäsi ER-levyalueiden osuutta solun reuna-alueilla [20]. Ottaen huomioon, että levymäiset alueet voivat koostua joko kertyneistä hienoista putkimaisista verkostoista [34] tai nanoreikiä sisältävistä levyistä [33], on mielenkiintoista nähdä, vastaavatko nämä levyt jommankumman tyyppistä rakennetta vai onko olemassa sekoitus morfologioita, kuten jäljempänä näkyy. nokodatsolihoito [33].

Suurin osa eläinsolujen kinesiinistä-1 on tetrameerista, joka sisältää kaksi identtistä motorista (KIF5) alayksikköä ja kaksi identtistä KLC:tä [195]. Selkärankaiset ekspressoivat kolmea KIF5-geeniä: KIF5B ekspressoituu kaikkialla, kun taas KIF5A ja C ovat hermosoluja rikastuneita. Palaamme KIF5A:han myöhemmin, koska mutaatiot aiheuttavat hermostoa rappeuttavia sairauksia (taulukko 1) [195]. KLC-geenejä on neljä, ja KLC:t 1, 2 ja 4 ovat laajalti ilmentyneitä.

KLC1:tä esiintyy useissa vuorotellen silmukoiduissa muodoissa, ja KLC1B:tä tarvitaan ER:n motiliteettiin [20 193]. Tärkeä ratkaisematta oleva kysymys on ER:n kinesiini-1-reseptorin identiteetti. Useita ehdokkaita on ehdotettu, mutta kaikkiin on olemassa varoituksia. heistä. Hermosoluissa ja ei-hermosoluissa ja eri kudoksissa voi olla erilaisia ​​reseptoreja. Kinektiini tunnistettiin käyttämällä toimintaa estävää monoklonaalista vasta-ainetta [196] ja sitoutui KIF5:n C-päähän [197].

Kinektiini on osallisena polttoadheesion dynamiikan säätelyssä kemotaksisen aikana edistämällä ER-kohdistusta fokaaliadheesioihin solun etureunassa [198, 199].

Mielenkiintoista on, että Rab18:a tarvitaan tähän prosessiin ja se muodostaa kolmikomponentin kinektiinin ja kinesiinin kanssa-1 [198]. Kinektiinin knock-out -hiirillä ei kuitenkaan ollut fenotyyppiä, ja ER:n (ja muiden organellien) jakautuminen KO MEF:issä oli normaali [200].

Lisäksi viljellyissä neuroneissa ER ulottuu kaikkialle aksoneja pitkin, mutta kinektiiniä havaitaan vain solurungossa [194], mikä vastaa sen ehdotettua roolia ER-arkkivälin ylläpitämisessä [13].

Siitä huolimatta kinektiinin siRNA:n ehtyminen heikensi ER-verkkodynamiikkaa Cos-7-soluissa [26]. Mielenkiintoista on, että Rab10 liittyy myös ERtubuluksen muodostumisen säätelyyn [7], ja sen on raportoitu muodostavan kompleksin JIP1:n, neuronaalisesti ekspressoidun kinesiiniadapterin ja KLC1:n kanssa, edistämään erittyvien vesikkeleiden kuljetusta hermosolujen polarisaation ja aksonien kasvun aikana [201].

Avoimia kysymyksiä ovat, osallistuuko tämä kompleksi ER-tubuluksen pidentämiseen hermosoluissa ja tarvitaanko Rab18-kinektiini-KIF5B-kompleksia ER-tubulusten pidentämiseen ei-vaeltavissa soluissa. Toinen ehdokas ER-kinesiini-1-reseptori on p180. , jolla on homologiaa kinektiinin kinesiini-1-sitoutumisdomeenin kanssa [202] ja joka, kuten kinektiini, on myös lokalisoitu keskuslevyn alueille ei-hermosoluissa [13,16,194].

 Viljellyissä hermosoluissa p180 ei kuitenkaan lokalisoitunut vain soluihin, vaan myös aksonien tubuluksiin, mutta ei dendriitteihin [194], mikä on KIF5:n sitoutumisen mukaista. Se toimii kuitenkin todennäköisesti ankkurina ER:n ja mikrotubulusten välillä pikemminkin kuin kinesiini-1-reseptorina (katso kohta 3.1.3). On olemassa kaksi muutakin kinesiinireseptoriehdokasta.

Protrudiini (geeninimi ZFYVE27) on ER:ssä asuva kinesiiniä sitova proteiini, jolla on keskeinen rooli liikkuvan lateendosomi-ER MCS -liikkuvuuden luomisessa, kuten kohdassa 3.1.2 kuvataan. Se ilmentyy kuitenkin pieninä tasoina (ei havaittu HeLa-soluproteomissa [203]), ja vaikka sen ehtyminen siRNA:lla johtaa myöhäiseen endosomiklusteroitumiseen solukeskuksessa [204,205], ei ole selvää, mikä vaikutus tällä on ER-jakaumaan.

Lopuksi, ER-lokalisoidun transmembraanisen DNA-J-domeeniproteiinin B14 on osoitettu olevan vuorovaikutuksessa KIF5B:n kanssa luoden paikan SV40-viruksen vapautumiselle ER:stä [206], mutta sen osallistuminen normaaliin ER-dynamiikkaan on vielä testattavana.

Ottaen huomioon, että ER ulottuu ulospäin tumakuoresta kohti solun reuna-alueita, odottamaton havainto oli, että ER-tubulukset siirtyivät kohti mikrotubulusten miinuskohtia Xenopus-munauutteissa dyneiinin ohjaamana [19,184,190,207,208].

Tämä sopii yhteen sen vaatimuksen kanssa, että ydinvaipan dyneiinin on ohjattava pronukleaarista migraatiota, joka voidaan muodostaa uudelleen näissä uutteissa [209]. Kuitenkin yksinomaan dyneiinin ohjaama ER-motiliteetti jatkui jopa alkioista tehdyissä uutteissa viidennen solunjakautumisen jälkeen: kinesiiniriippuvainen ER-liike havaittiin vain, kun käytettiin nuijapäisen solulinjan sytosolia [187].

Viimeaikainen työ on tarjonnut tyydyttävän selityksen tälle ilmiölle [210]: dyneiiniaktiivisuuden vuoksi kerääntyvää ER:n perinukleaarista poolia tarvitaan varhaisissa alkioissa (tässä tutkimuksessa merisiili- ja Xenopus-alkioissa) havaittujen suurten ytimien kokoamiseen.

Lisäksi ylimääräisen retikulonin 4b ilmentäminen vähensi tumien kokoa, oletettavasti vähentämällä ER-levyalueiden muodostumista [210]. Xenopus-munauutteet ovat myös paljastaneet solusyklistä riippuvia muutoksia ER-dynamiikassa, jolloin dyneiinin ohjaama liike on estetty metafaasipysähdyksissä [184 190 207], kun taas myosiini V:n ohjaama ER-liikkuvuus aktiinifilamenteissa on aktivoitu [211].

ER-levyjä kertyi [184], kuten on raportoitu mitoottisissa HeLa-soluissa [37], vaikka muut tutkimukset ovat ristiriidassa tämän kanssa [45 185]. Dyneiini ei ole vain tärkeä ER-moottori alkiosoluissa. Noin puolet VERO-solujen nopeammista tubulusliikkeistä tapahtui kohti solukeskusta ja ne olivat dyneiinin ohjaamia [20].

Lisäksi dyneiinin esto johti syvään ER-arkkien kertymiseen solun reuna-alueille vaikuttamatta ulospäin, kinesiinin ohjaamaan liikkeeseen [20]. Samalla tavalla sekä dyneiini että kinesiini-1 ohjaavat ER-tiehyeiden liikkuvuutta aksoneissa [194] ja viljeltyjen jyrsijän aivotursohermosolujen dendriitit [212 213]. Toistaiseksi ER:n dyneinonin reseptoria ei ole tunnistettu missään järjestelmässä, toisin kuin ERES:ssä (kohta 2.2.2).

Viimeinen esimerkki mikrotubulusmoottorin ohjaamasta liikkeestä, johon liittyy ER, on ydinmigraatio ja paikannus. Yllä mainitun pro-nukleaarisen migraation lisäksi kinesiini ja dyneiini koordinoivat ytimen paikantamista monissa eri tilanteissa, kuten hermosolujen tuman migraation aikana aivojen kehityksen aikana [214] ja ydinliikkeen aikana C. elegansin monissa kehitysvaiheissa [215].

Dyneiini ydinvaipan kohdalla on tärkeä sentrosomien erottelulle G2/profaasin loppuvaiheessa ja se helpottaa ydinvaipan fragmentoitumista (tarkasteltu julkaisussa [216]). Kinesiini-1 osallistuu myös sentrosomiin ja tuman sijoittumiseen polarisoimattomissa soluissa, joissa se värvätään tuman vaippaan RanBP2:n ja BICD2:n avulla [217].

Mielenkiintoista on, että nesprin 4 ekspressoituu spesifisesti polarisoidun epiteelin uloimmassa ytimessä, missä se värvää kinesiiniä-1, joka sitten siirtää ytimen solun pohjaan [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com