Kietoutunut ja hienosti tasapainotettu: Endoplasmisen retikulumin morfologia, dynamiikka, toiminta ja sairaudet, osa 5

3.1.2. MCS-välitteinen ER-dynamiikka

Suoraan ER-kalvossa olevien moottoreiden ohjaaman tubuluksen pidentämisen lisäksi ER-dynamiikkaa voivat aiheuttaa ER-kalvon kontaktikohdat varhaisten ja myöhäisten endosomien, lysosomien ja mitokondrioiden kanssa [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220], jotka liikkuvat mikrotubuluksia pitkin.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että lysosomien hapan hydrolaasi voi hajottaa proteiineja ja muuttaa ne aminohapoiksi, joita solut voivat käyttää uusien proteiinien syntetisoimiseen. Tämä prosessi on tärkeä oppimisen ja muistin kannalta, koska proteiinisynteesi liittyy läheisesti muistin muodostumiseen.

Lisäksi lysosomit voivat myös pitää solut terveinä hajottamalla imeytyneitä solujätettä ja haitallisia aineita sekä poistamalla soluista kuona-aineita ja myrkkyjä. Tämä prosessi on myös kriittinen hermosolujen selviytymisen ja toiminnan suojelemiseksi. Neuronit ovat aivosolujamme ja niillä on tärkeä rooli oppimis- ja muistiprosessissa. Jos solujäte ja haitalliset aineet vaikuttavat hermosoluihin, niiden toiminta ja selviytymiskyky heikkenevät vakavasti, mikä vaikuttaa muistin muodostumiseen ja säilymiseen.

Siksi lysosomien toiminnan ja terveyden ylläpitäminen on erittäin tärkeää muistin parantamisen ja hermosolujen selviytymisen ja toiminnan suojelemisen kannalta. Kuinka ylläpitää lysosomin toimintaa ja terveyttä? Ensinnäkin meidän on kiinnitettävä huomiota ravintoaineiden saantiin, erityisesti tärkeiden ravintoaineiden, kuten proteiinien, saantiin. toiseksi meidän on ylläpidettävä riittävää unta ja liikuntaa; Lopuksi meidän on vältettävä huonoja elämäntapoja, kuten myöhään yöpymistä, vähentääksemme elämän stressiä ja fyysistä taakkaa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että lysosomien ja muistin välinen suhde on hyvin läheinen. Keskittymällä lysosomaalisen toiminnan ja terveyden ylläpitämiseen voimme parantaa muistia ja suojella hermosolujen selviytymistä ja toimintaa edistäen siten kehon terveyttä ja kehitystä. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistia, ja Cistanche deserticola voi parantaa merkittävästi muistia, koska Cistanche deserticolalla on antioksidanttisia, anti-inflammatorisia ja ikääntymistä estäviä vaikutuksia, jotka voivat auttaa vähentämään hapettumista ja tulehdusreaktioita aivoissa ja siten suojaamaan hermoston terveyttä. Lisäksi Cistanche deserticola voi myös edistää hermosolujen kasvua ja korjausta, mikä parantaa hermoverkkojen yhteyttä ja toimintaa. Nämä vaikutukset voivat auttaa parantamaan muistia, oppimiskykyä ja ajattelunopeutta ja voivat myös estää kognitiivisten toimintahäiriöiden ja hermostoa rappeuttavien sairauksien kehittymistä.

Napsauta Know-painiketta parantaaksesi lyhytaikaista muistia

Tämä on esimerkki prosessista, jota kutsutaan liftaamiseksi, jossa yksi organelli tarjoaa moottorin ja ohjaa toisen lastin liikettä, joka ei itsessään ole liikkuva [38 221 222]. Varhainen työ ER-tubulusten liikkeestä tunnisti morfologisesti erillisiä liikealueita joitakin liikkuvia ER-tubuluksia [182,191].

Läpäisevän valon mikroskopiasta ja DiOC6-leimauksesta on kuitenkin selvää näyttöä siitä, että ER-tubulukset itse voivat siirtyä suoraan mikrotubuluksia pitkin ilman, että tarvitsee liftata toisen organellin kanssa [19,182,183,190].

Noin puolet Cos-7-solujen Rab5-positiivisista endosomeista on kiinnittynyt ER:ään kuvantamisen aikana [75], ja alhaisilla kuvanopeuksilla kuvattuna (1 kuva/1,5 s) näyttivät vähemmän liikkuvilta kuin ER:ään liittyvät lysosomit. [219], ja vähemmän todennäköisesti aiheuttaa ER-tubulusten liikkuvuutta [26].

Reaaliaikainen kuvantaminen nopeilla kuvanopeuksilla, joita tarvitaan nopean varhaisen endosomin liikkeen sieppaamiseen, on kuitenkin paljastanut, että liikkuvat endosomit voivat siirtyä kohti ER-tubulusta, tarttua siihen ja jatkaa liikkumista vetäen ER-tubuluksen taakseen ([74]; kuva 4).

Koska varhaiset endosomit liikkuvat ensisijaisesti kohti solukeskusta dyneiinin ohjaamana [74 223], varhaisten endosomeiden liftaaminen voi selittää joitain dyneiiniriippuvaisia ​​ER-tubulusten pidentymiä [20].

Sitä, kuinka dyneiini ja kinesiinit rekrytoidaan varhaisiin endosomeihin ja kinesiinin-1 roolia niiden liikkeessä, ei täysin ymmärretä. Viimeaikaiset työt viittaavat siihen, että 30–50 % ER-tubulusten pidennystapahtumista johtuu liftauksesta myöhäisissä endosomeissa/lysosomeissa. liikkuvat mikrotubuluksia pitkin, kun taas 40 % tubuluksista liikkui mikrotubuluksia pitkin itsenäisesti, ja loput välittivät TAC:t ordTAC:t (katso alla) [26,38,219].

Yllättäen melkein kaikki lysosomit liittyivät ER-verkkoon ja siirtyivät siihen [219]. Lysosomien, jotka kuvattiin ennen liftaamista, sen aikana ja sen jälkeen, havaittiin hidastuvan, kun ne kiinnitettiin ER-tubuluksiin [204 219], mahdollisesti siksi, että lysosomaalimoottorien synnyttämää voimaa vastaan ​​oli vähemmän vastusta, kun ER-tubulusta ei jatkettu.

Kaksi ER:ssä asuvaa proteiinia, jotka osallistuvat fosfolipidisynteesiin, PIS ja CEPT1, joiden on aiemmin osoitettu olevan liikkuvien tubulusten kärjissä yhdessä Rab10:n kanssa [7], yhdistettiin LE/lysosomien liftaamistapahtumiin [26].

Jälleen dyneiini ja kinesiini-1 ovat tärkeimmät moottorit, jotka ohjaavat myöhäistä endosomien/lysosomien liikettä, ja niitä voidaan värvätä ja hallita useilla tavoilla, joista osa liittyy vuorovaikutukseen päivystyksen kanssa (tarkisteltu julkaisussa [128,129]). Dynein voidaan värvätä RILP:n ja Rab7:n kautta (korkeiden kolesterolitasojen läsnä ollessa); ALG2 ja TRPML1 (PI(3,5)P2:n ja kalsiumin säätelemä); tai JIP4 ja TMEM55B (nälkä edistää sitä, mikä lisää TMEM55B:n transkriptiota mTORC1:n kautta) [128,129]. Kinesiini-1 on värvätty SKIP:n ja Arl8:n (BORC:n säätelemä) tai FYCO1:n ja Rab7:n (PI(3)P:n säätelemä ja mukana protrudiinia ER:ssä: katso alla), ja molemmat yhteydet ovat KLC:n kautta [128,129].

Avoin kysymys on, toimivatko nämä useat mekanismit rinnakkain samassa organellissa vai onko olemassa spatiaalista valintaa (esim. tietyillä kalvon alidomaineilla) tai vaihtoa aineenvaihdunnan tilasta tai muista syötteistä riippuen.

Jos vain 30–50 % ER-tubuluksista liikkuu yhdessä myöhäisten endosomien/lysosomien kanssa, kuinka tärkeää tämä ER-lippu on ER-organisaatiolle yleisesti? Kaksi viimeaikaista tutkimusta ovat osoittaneet, että ainakin Cos-7-soluissa vastaus on erittäin.

ER-myöhäisten endosomien MCS:ien häiritseminen VAPA:n RNAi-välitteisellä ehtymisellä (joka sitoo ORP1L:n ankkuroimaan LE:n ERvia Rab7:ään: [128]) häiritsi myös ER-morfologiaa ja vähensi ER-tubulusten laajuutta ja verkon monimutkaisuutta, erityisesti reuna-alueilla [26,219]. kaikkien ER VAP-perheen jäsenten (VAPA, VAPB ja MOSPD2) kaatuminen antaa vahvemman fenotyypin [26].

Lisäksi myöhäisissä endosomeissa/lysosomeissa olevien moottoreiden manipulointi tarjosi käyttökelpoisen tavan laukaista sisään- tai ulospäin endosomin liikettä, mikä johti perifeeristen ER-tubulusten vähenemiseen tai lisääntymiseen [26 219] ja verkkodynamiikkaan [26].

Mielenkiintoista on, että SKIP:n tai Arl8:n ehtyminen aiheutti suuria muutoksia ER-verkostossa, mikä viittaa siihen, että tämä on pääreitti kinesiinien{1}} rekrytointiin tähän prosessiin protrudiinin/FYCO1:n sijaan [219]. Protrudin, ZFYVE27-geenin tuote , on moniulotteinen transmembraaninen ER-proteiini, jolla on lukuisia vuorovaikutteisia toimijoita sekä ER:ssä että myöhäisissä endosomeissa.

ER:ssä se sitoutuu ER:ää muotoileviin proteiineihin atlastiiniin, REEP:iin 1 ja 5, retikuloniin 1, 3 ja 4, ja on myös vuorovaikutuksessa VAP:n kanssa FFAT-motiivin kautta ([224]; tarkastellaan [225]). Se voi myös sitoutua myöhäisiin endosomeihin Rab-sitoutumisdomeeninsa kautta, joka sitoo Rab7-GTP:tä, ja FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 ja EEA1) -domeenin kautta, joka sitoutuu myöhäiseen endosomaalisesti rikastettuun fosfatidyyli-inositoliin. 3-fosfaatti (PI3P) [204 225].

Ratkaisevaa on, että se sitoutuu myös kaikkiin KIF5-perheen jäseniin, vaikka vuorovaikutus on vahvin KIF5A:n kanssa [226], mikä on silmiinpistävää, koska sekä protrudiini että KIF5A (mutta ei KIF5B tai C) voivat aiheuttaa perinnöllistä spastista paraplegiaa mutatoituessaan (taulukko 1).

Jommankumman proteiinin liiallinen ilmentyminen aiheutti ulkonemien muodostumisen polarisoimattomissa soluissa [226], mistä johtuu protrudinin nimi [225], kun taas siRNA-välitteinen ehtyminen johti CLIMP63-leimattujen levymäisten alueiden laajentumiseen solun reuna-alueille. [224] Ottaen huomioon protrudiinin potentiaalin sitoutua myöhäiseen endosomiin, Raiborg ja työtoverit tutkivat, oliko se osallisena MCS:n muodostumisessa ja havaitsivat, että näin todellakin oli [204].

Lisäksi protrudiinin yli-ilmentyminen johti myöhäisten endosomien/lysosomien kerääntymiseen solun reuna-alueille, fenotyyppi, joka oli aiemmin havaittu FYCO1:lle, toiselle PI3Pand Rab7-sitoutuvalle proteiinille, ja jonka havaittiin olevan vuorovaikutuksessa protrudiinin kanssa [204] .

FYCO1:n ja protrudiinin kuvitteleminen elävissä soluissa paljasti, että liikkuvat FYCO1-positiiviset lateendosomit olivat vuorovaikutuksessa protrudiinin kanssa päivystyspaikalla, pysähtyen tai hidastuen tehdessään tätä, sitten irtautuivat ja siirtyivät pois nopeammin. Protrudiini sitoo KIF5:tä ja FYCO1 sitoo KLC:tä, ja protrudiinin ilmentyminen lisäsi FYCO1:een liittyvän KIF5:n määrää, mikä johtaa malliin, jonka mukaan kinesiini siirtyy protrudiinista FYCO1:een latendosomissa ER-myöhäisen endosomin yhdistymisen aikana, mikä aktivoi myöhäisen endosomin liikkeen niiden katketessa. vapaa päivystyksestä.

Vaikka tämä malli on houkutteleva, tarvitaan enemmän muodollisia todisteita. On kuitenkin selvää, että sekä protrudiini että FYCO1 ovat tärkeitä aksonin pidentämiselle [129,195,204,227]. Protrudiinin ja FYCO{5}}välitteisen myöhäisen endosomin translokaation solun reuna-alueille on myös osoitettu olevan tärkeitä invadopodian muodostumiselle, jossa lateendosomit toimittavat matriisiproteaasin MT1-MMP:tä erittymiseen, mikä on välttämätöntä syöpäsolujen migraatiota varten [205] ].

Tärkeää on, että myöhäistä endosomin/lysosomin asemaa säätelevät ravitsemukselliset tilat, kuten kolesteroli- ja aminohappotasot, jotka puolestaan ​​säätelevät dyneiinin ja kinesiinin{0}}rekrytoitumista tai aktiivisuutta [128,129,228].

Tällä säätelyllä on äskettäin osoitettu olevan suuri vaikutus ER-dynamiikkaan ja jakautumiseen solun sisällä [26 219]. Seerumi nälkiintyi vähemmän liikkuvaan ER-verkkoon ja vähensi myöhäistä endosomien/lysosomien liikkuvuutta, mikä johti vähemmän monimutkaiseen ER-verkkoon solun reuna-alueella, jossa on vähemmän tubulusliitoksia [26]. Lu ja työtoverit havaitsivat, että 4 tunnin seerumin nälkä johti myöhäiseen endosomien/lysosomien klusteroitumiseen ja tubulaarisen ER:n osuuden vähenemiseen, samoin kuin kolesterolin rikastuminen [219].

Sitä vastoin24-tuntinälkä tai kolesterolin väheneminen laukaisi endosomien perifeerisen lokalisoinnin ilman vaikutusta ER-tubuluksiin [219]. Protrudiinivälitteiseen ER-endosomi/lysosomi-kontaktireittiin vaikuttaa myös ravitsemustila. Karnitiinipalmitoyylitransferaasi 1:n neuronaalinen isoformi, CPT1C, on ER-proteiini, jota säätelevät malonyyli-CoA-tasot ja mutatoitu HSP:ssä [228].

Viimeaikainen tutkimus on paljastanut, että CPT1C:tä tarvitaan oikeaan hermosolujen kasvuun ja se säätelee myöhäisten endosomien/lysosomien kuljetusta aksonin kärkeen, ja tämä tarvitsee sen kykyä sitoutua malonyyli-CoA:han [228].

Se on vuorovaikutuksessa protrudiinin kanssa, ja sen ilmentäminen HeLa-soluissa lisäsi ulospäin liikkuvien FYCO1--leimattujen myöhäisten endosomien osuutta, jos malonyyli-CoA:ta oli läsnä, mutta vähensi liikettä kontrollitasojen alapuolelle, jos malonyyli-CoA oli loppunut.

Toisin kuin protrudiini, CPT1C oli kuitenkin läsnä, mutta ei rikastunut, ER-lysosomi-kontakteissa, mikä viittaa siihen, että se säätelee protrudiini-FYCO1-kinesiini-1-vuorovaikutusta sen sijaan, että se olisi suoraan mukana. Kirjoittajat ehdottavat, että malonyyli-CoA:n läsnä ollessa CPT1C edistää kinesiinin-1 siirtymistä protrudiinista FYCO1:een myöhäisissä endosomeissa/lysosomeissa, mikä edistää niiden ulospäin suuntautuvaa liikettä neuroneissa [228].

Kuten edellä mainittiin, tämä kinesiinin siirtomalli vaatii kuitenkin lisätestausta. Mitokondrioiden tiedetään olevan laajasti vuorovaikutuksessa elävien solujen ER:n kanssa [22], ja liikkuvat mitokondriot voivat laajentaa ER-tubuluksia [22,38]. ER:ään liittyvät mitokondriot sijoittuvat ensisijaisesti asetyloituihin mikrotubuluksiin [22], jotka ovat ensisijainen reitti kinesiinille-1 (esim. [229]), joka on sekä mitokondrioiden (esim. [230]) että ER.

Mitokondrioiden havaittiin myös olevan vuorovaikutuksessa lysosomien kanssa, ja liikkuva lysosomi saattoi vetää ulos athintiehyet mitokondriosta [38]. Koska samankaltaisten ohuiden tubulusten havaittiin ulottuvan mitokondrioista ER-kontaktipisteissä KIF5B:n ja sen mitokondrioreseptorin Miro1:n vaikutuksesta [230], se herättää kysymyksen, aiheuttiko PDZD8-kolmitieMCS:t ER:n, myöhäisten endosomien välillä. , ja mitokondriot voivat olla mukana molemmissa prosesseissa.

Tämä monimutkainen vuorovaikutus kuitenkin olennaisesti immobilisoi organellit [126].

MCS:t ovat elintärkeitä monille ER-toiminnan, aineenvaihdunnan ja yleisen dynamiikan näkökohdille. Tämän vuoksi on haastavaa tulkita muutoksia, jotka on havaittu seuraavissa kokeissa, jotka on suunniteltu häiritsemään yhtä MCS-toimintoa.

Tästä ovat esimerkkinä kokeet, joissa Rab7a:n toiminta, jota tarvittiin myöhäisen endosomin/lysosomin MCS:lle ja osallistui sekä kinesiinin -1 että dyneiinin värväämiseen endosomeihin, häirittiin. Rab7a:n ehtyminen tai GDP-lukitun Rab7a:n ilmentyminen johti CLIMP63-leimatun levymäisen ER:n kerääntymiseen solujen reuna-alueille ja ER-stressivasteen aktivoitumiseen [231].

Mateus ym. olettavat, että rakenteelliset muutokset johtuvat ER-stressistä, eivät ER-dynamiikan muutoksista [231]. On todellakin monia tapoja, joilla stressi voi vaikuttaa MCS:ään ja ER:iin (katso [85]). ER-stressitasojen seuranta on tärkeä ohjauskeino tulevaisuuden tutkimuksissa (esim. [219]).

3.1.3. Moottorista riippumaton ER-mikrotubulusvuorovaikutus

Varhaisista tutkimuksista oli selvää, että on olemassa kolmenlaisia ​​ER-mikrotubulusten vuorovaikutuksia: ER-tubulusten moottoriohjattu translokaatio, staattiset vuorovaikutukset ja ERtubulusten kiinnittyminen kasvaviin mikrotubulusten kärkiin [23].

Jälkimmäinen vuorovaikutus ajaa tubuluksen pidentymistä "kärkikiinnityskompleksien" eli TAC:iden muodostumisen kautta, mikä nähtiin ensin Xenopus-munauutteissa [232]. Useissa viljellyissä soluissa moottorivetoisen liukumisen havaittiin hallitsevan TAC- ja staattisia vuorovaikutuksia ER-tubulusten välillä. kärjet ja mikrotubulukset [20, 21, 23, 38], vaikka prosenttiosuudet vaihtelivat solutyyppien välillä [21].

TAC:t koostuvat transmembraanisesta ER-proteiinistaSTIM1:stä (stromaalinen vuorovaikutusmolekyyli 1), joka on vuorovaikutuksessa MT plus-pään seurantaproteiinin EB1 kanssa [21]. STIM1 on vuorovaikutuksessa Orai1:n kanssa plasmakalvolla ER-kalsiumvarastojen ehtyessä mahdollistaen kalsiumin siirtymisen solun ulkopuolelta ER:hen (katso kohta 2.2.5). Mielenkiintoista on, että tämän prosessin käynnistäminen esti STIM1-kärkien seurannan [21].

Vaikka TAC:n läsnäolo ei muuttanut mikrotubulusten kasvun ja kutistumisen nopeutta, se pienensi todennäköisyyttä, että mikrotubulus joutuu katastrofiin (alkaa depolymeroitua) [232]. ERtubuluksia voidaan myös laajentaa kiinnittämällä depolymeroituvaan mikrotubulukseen dTAC:n kautta [38]; ER dTAC:ien koostumusta ei tunneta. Miksi ER:n kuljettamiseen solun reuna-alueille on kaksi menetelmää?

Vaikka Xenopus-alkioiden tapauksessa kinesiini-1 on läsnä ER:ssä, se on aktiivinen vasta myöhemmin kehittyneessä [187]. Sen sijaan ER-verkko jakautuu koko sytoplasmaan dyneiinin yhdistetyn toiminnan kautta vetämällä sitä kohti ydintä ja senrosomia ja TAC-ulkopuolella sitä ulospäin mikrotubulusten ppolymeroituessa [184]. Viljellyissä soluissa TAC:t varmistavat, että ER saavuttaa solun reunan.

Sitä vastoin kinesiini-1 suosii stabiileja mikrotubuluksia jälkinä, ehkä siksi, että MAP7 on vähemmän sitoutunut niiden pintaan, mikä tarkoittaa, että se siirtyy huonosti vastapolymeroituneiden mikrotubulusten päähän [229].

STIM{0}}EB1-välitteisen ER-lokalisoinnin tärkeä rooli on osoitettu hermosolujen kasvukartioissa, joissa STIM1:tä tarvitaan mikrotubulusten orientaatioon ja ER:tä, joka on välttämätön kasvukartion siirtymiselle kohti kasvutekijägradienttia [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com