Savstarpēji un precīzi līdzsvaroti: endoplazmatiskā retikulāta morfoloģija, dinamika, funkcija un slimības 6. daļa

ER var arī statiski piestiprināties pie mikrotubulām, izmantojot kanāliņu galus, savienojumus vai cauri kanāliņu garumā [187,232]. Statiskās saites starp ER un mikrotubulām var veidot iepriekš minētie proteīni CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] un Sec61 [234].

Olbaltumvielas ir viena no svarīgākajām uzturvielām, kas nepieciešamas mūsu ķermenim. Tas palīdz mums veidot un uzturēt ķermeņa audu struktūru, sintezēt enzīmus un hormonus utt. Bet jūs, iespējams, nezināt, ka tas ir ļoti svarīgi arī mūsu atmiņai.

Olbaltumvielas ir galvenās vienības, kas veido neironus un neirotransmiterus, kas ir mūsu smadzeņu galvenās struktūras informācijas pārraidei un atmiņas uzglabāšanai. Tāpēc olbaltumvielām ir svarīga loma smadzenēs.

Daudzi pētījumi liecina, ka, ēdot pietiekami daudz olbaltumvielu, var uzlabot mūsu atmiņu, palielināt fokusu un koncentrēšanos, kā arī palīdzēt mums labāk izmantot un apstrādāt informāciju.

Olbaltumvielas var ietekmēt arī mūsu garastāvokli un emocijas. Mūsu smadzenēs olbaltumvielas var palielināt mūsu baudas sajūtu un emocionālo līdzsvaru, ražojot neirotransmiterus, piemēram, dopamīnu un norepinefrīnu.

Turklāt olbaltumvielas var palīdzēt mums uzturēt veselīgu ķermeni un uzlabot vielmaiņas ātrumu un organisma izturību pret slimībām, tādējādi nodrošinot, ka mēs varam labāk koncentrēties un apstrādāt informāciju.

Kopumā olbaltumvielas ir ļoti cieši saistītas ar atmiņu, garastāvokli un citiem aspektiem. Tāpēc mums vajadzētu pievērst uzmanību olbaltumvielu daudzuma palielināšanai, lai nodrošinātu, ka mūsu ķermenis un smadzenes var saņemt atbilstošu atbalstu un aizsardzību, lai labāk izmantotu mūsu intelektu un talantus. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola var regulēt arī neirotransmiteru līdzsvaru, piemēram, palielināt acetilholīna un augšanas faktoru līmeni. Šīs vielas ir ļoti svarīgas atmiņai un mācībām. Turklāt Cistanche deserticola var arī uzlabot asins plūsmu un veicināt skābekļa piegādi, kas var nodrošināt, ka smadzenes saņem pietiekami daudz barības vielu un enerģijas, tādējādi uzlabojot smadzeņu vitalitāti un izturību.

Noklikšķiniet uz zināt bagātinātājiem, lai uzlabotu atmiņu

Ir izvirzīta hipotēze, ka šīs saites regulē ER tīkla spriegumu un pozicionēšanu [235]. Ir arī iespējams, ka ER piesaiste var stabilizēt mikrotubulas, kā tas ir novērots p180 aksonos [194].
Viena no problēmām, kas rodas, novērtējot to, ir tāda, ka pārmērīga mikrotubulus saistoša proteīna ekspresija var izraisīt stabilizāciju (piemēram, [16, 234]), kas endogēnā līmenī var nebūt redzama. Tomēr nākotnē būs svarīgi ņemt vērā šo potenciālo savstarpējo attiecību starp ER kanāliņiem un mikrotubulām, jo ​​īpaši tāpēc, ka stabilizēti mikrotubuli būtu ideāli ceļi citu ER kanāliņu kinezīna{4}} transportēšanai.

3.1.4. ER mijiedarbība ar aktīna citoskeletu

Dzīvnieku šūnās mikrotubulām ir dominējošā loma ER pārveidošanā, izmantojot iepriekš aprakstītos pārsteidzoši daudzveidīgos mehānismus, turpretim augiem, aļģēm un dažām sēnēm galvenā ir uz aktīniem balstīta kustība (apskatīts [236]).

Citoplazmas straumēšanai, ar miozīnu virzītai citoplazmas virziena plūsmai, ir arī nozīme augu šūnu ER dinamikā [237,238]. Interesanti, ka augos, kas ir noenkuroti uz mikrotubuliem, ir identificēts jauns ER un mikrotubuliem saistītais nodalījums (EMAC). pretojoties šai plūsmai [239]. Tāpat ir novērots, ka stabili cauruļveida ER savienojumi ir saistīti ar mikrotubulām [240].

Pārsteidzoša nepieciešamība noenkurot ER ir novērota arī C. elegans nematodēm, kur ER un kodola apvalkā lokalizētā nesprīna, ANC-1 zudums izraisa nekontrolētu ER, mitohondriju un lipīdu pilienu straumēšanu, jo spēki, kas rodas tārpiem [241]. Tomēr vēl nav skaidrs, ar kādu citoskeleta komponentu ANC-1 saistās.

Dzīvnieku šūnās miozīna V virzīta ER kustība var veicināt ER kustību nelielā attālumā (piemēram, [211,242]). Turklāt filamīna proteīni var saistīt ER ar aktīnu peles embriju fibroblastos [243], un mijiedarbība starp ER un aktīna pavedieniem caur miozīnu1c var stabilizēt loksnes [188].

ER tīkla paļaušanās uz aktīna citoskeletu dažādos šūnu tipos atšķiras, jo aktīna pavedienu depolimerizācijai ar citohalazīnu bija neliela ietekme uz ER tīkla izplatību VERO šūnās [20], savukārt epitēlijam līdzīgajā šūnu līnijā Huh-7, aktīna depolimerizācija izraisīja mazākas, mazāk bagātīgas ER loksnes šūnu perifērijā un neregulāru ER pozicionēšanu, un lielos šūnu reģionos nebija organellu [188].

Turklāt, ja mikrotubulas tiek depolimerizētas, dažos [23 186 244], bet ne visos [20] kultivētajos šūnu veidos tiek novērota lēna, no aktīna atkarīga ER atvilkšanās šūnu centra virzienā, kas parāda, ka ER un aktīna mijiedarbība ietekmē ER morfoloģiju. -Izšķirtspējas dzīvu šūnu attēlveidošana ir atklājusi no mikrotubuliem neatkarīgu ERtubulu paplašinājumu [38], kas, iespējams, ir saistīts ar kustīgumu, kuras pamatā ir aktīns.

3.2. Tīkla svārstības

Kanāliņi, krustojumi un loksnes, kas veido endoplazmas tīklu, laika gaitā svārstās. Pat izveidotie tīkla elementi, kas netiek aktīvi pārkārtoti, nav nekustīgi, bet gan svārstās ap pozīciju. Ņemot vērā ER sarežģīto morfoloģiju un ātro dinamiku, ER kustības kvantitatīva noteikšana ir aktuāls izaicinājums šajā jomā. Plaši pieņemts dinamikas mērs ir vidējā kvadrātiskā nobīde (MSD).

MSD ir mērs, cik tālu objekts ir paredzēts pārvietoties noteiktā laikā. Lai aprēķinātu MSD, vispirms tiek atrasta pozīcijas atšķirība starp objektu sākotnējā brīdī un objektu vēlāk.

Tiek ņemts vērā katrs punktu pāris, kas atdalīts ar vienādu laika starpību (vai aizkaves laiku), un visu šo pāru vidējās pozīcijas atšķirības nosaka MSD konkrētajā aizkaves laikā. Matemātiski MSD, h∆r2(τ)i, ir definēts kā:

kur x(t) un y(t) norāda objekta atrašanās vietu laikā t un τ ir aizkaves laiks. Spēka likuma pielāgošana MSD ļauj kustību raksturot kā difūzu, subdifuzīvu vai superdifuzīvu. Difūzija jeb Brauna kustība apraksta tādus procesus kā pakāpeniska augstas un zemas koncentrācijas reģionu sajaukšana, lai veidotu vienmērīgu sadalījumu. MSD difūzā kustība seko h∆r2(τ)i ∝ τ. Anomāla difūzija ir termins, ko lieto, lai aprakstītu gadījumus, kad MSD nav difūza. Superdifūzija apraksta aktīvo transportu, piemēram, motora proteīnu vadītu kustību, un MSD seko h∆r2(τ)i ∝ τ, kur 1 < < 2. No otras puses, subdifūzija ir saistīta ar kustību pārpildītā vidē un rezultātiem. BKAS ar eksponentiem < 1.

Izsekojot punktus ER tīklā un aprēķinot šo trajektoriju MSD, ir noskaidrota informācija par ER atsevišķu komponentu dinamiku. Ir konstatēts, ka ER krustojumi pārvietojas subdifuzīvi, atkarībā no mikrotubuliem [245]. Ārstēšana ar nokodazolu samazināja difūzo un īpaši difūzo savienojumu skaitu, norādot, ka mijiedarbība ar motora proteīniem var būt virzītas krustojuma kustības cēlonis. Caurules ER tīklā kopumā svārstās subdifuzīvi ar vidējo MSD eksponentu 0,5 [25].

Šis rezultāts neatbilst h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 teorētiskajai prognozei daļēji elastīgam polimēram, kas termiski svārstās viskozā vidē [246]. Šie rezultāti liecina, ka tīkla kustība ir ierobežota, kas atbilst kustībai pārpildītā vidē, piemēram, citoplazmā. Pēdējā laikā tika izsekotas arī atsevišķu kanāliņu pilnas kontūras, kā rezultātā iegūts detalizētāks ER kanāliņu dinamikas apraksts [27]. Perpendikulāro pārvietojumu sadalījums no vidējā kanāliņu mugurkaula stāvokļa tika atrasts punktiem gar kanāliņu kontūru.

Tika aprēķināta šo sadalījumu asimetrija vai šķībums. Ievērojams šķībums liecināja par aktīvu, virzītu dinamiku, savukārt pozīcijas ar nenozīmīgu slīpumu raksturoja punktus, kas svārstās termiski, bez aktīvām ietekmēm. Lielākā daļa punktu termiski svārstījās, tomēr viena trešdaļa izsekoto punktu svārstījās aktīvi. Ir novēroti arī dinamiski sašaurinājumi un izspiedumi ER kanāliņu diametrā [38, 181], lai gan šo svārstību īpašības vēl ir jāanalizē padziļināti. Gan MSD, gan kontūru izsekošanas pētījumu rezultātā tiek uzskatīts, ka ER kanāliņi kopumā svārstās subdifuzīvi, un aktīva dinamika dažkārt notiek gar kanāliņu mugurkaulu. Subdifūzās svārstības, iespējams, izraisa citoplazmas kustība un drūzmēšanās, savukārt aktīvo dinamiku var izraisīt motora proteīni vai membrānas kontakta vietas ar tirdzniecības organellām.

Loksnes dinamika nav pētīta tik detalizēti kā cauruļveida dinamika. Tas, iespējams, ir saistīts ar grūtībām kvantitatīvi noteikt lamelāru objektu kustību, jo īpaši to, kas atrodas dzīvās šūnās. Konkrēti, ER lamelārie reģioni bieži atrodas šūnas biezākajās daļās netālu no kodola, kur citu attēlveidošanas plakņu ārpusfokusa gaisma apgrūtina video uzņemšanu, kurā parādīts tikai viens ER lokšņu slānis. Pat ar skaidriem videoklipiem, kas parāda ER loksnes, lamelāro membrānu dinamikas kvantitatīva noteikšana ir sarežģīta, jo trūkst pieņemtu metožu lokšņu dinamikas aprakstīšanai. Divi iespējamie loksnes dinamikas mērījumi ir loksnes malu ātrums un lokšņu ārpusplaknes svārstības. Cik mums zināms, neviena no šīm pieejām vēl nav ieviesta kodolieroču ER loksnēm in vivo. Ir veiktas teorētiskas prognozes par membrānas loksnes ārpusplaknes svārstībām.

Tiek prognozēts, ka šo viļņojumu MSD palielināsies asτ2/3 brīvām membrānām un lēnāk kā ln(τ) membrānām, kas atrodas saspringtā stāvoklī [246]. Eksperimentāli dažos pētījumos ir ņemta vērā lamelārās ER dinamika šūnu perifērijā. Joensū et al. [188] atklāja, ka perifēro ER lokšņu atrašanās vieta un dinamika ir atkarīga no aktīna pavedienu blokiem un perēkļiem. Tika konstatēts, ka ER loksnes dinamiski pārkārtojas, reaģējot uz aktīna struktūru kustību. Aktīna pazušanas rezultātā ER loksnes aizpildīja atstāto vietu, un jaunu aktīnu veidošanās izraisīja ER lapas atveres atvēršanu. Tika pētīta arī lokšņu dinamika.

Loksnes svārstījās nelielā apgabalā un nesniedza priekšroku virzienam neapstrādātajās šūnās. Apstrāde ar aktīna polimerizācijas inhibitoru latrunkulīnu A palielināja lokšņu sānu kustību, kā arī to lokšņu īpatsvaru, kurās notiek sadalīšanās, saplūšana vai pārveidošanās kanāliņos. Šajā sadaļā detalizēti aprakstītie pētījumi liecina, ka ER ietvaros izveidoto struktūru svārstības ir sarežģītas un daudzveidīgas. , un to ietekmē daudzi subcelulāri organoīdi un procesi. ER dinamikas mijiedarbība ar citu subcelulāro organellu un struktūru dinamiku ir tikai sākusi izprast, un drīzumā ir gaidāmi auglīgi pētījumi šajā jomā.

3.3. Membrānas un lūmena komponentu dinamika

ER veiktie procesi ietver daudzus transmembrānu un lūmenālos proteīnus, no kuriem daudzi pārvietojas, lai meklētu mijiedarbības partnerus. Šo proteīnu dinamika, kā arī ER membrānu veidojošie lipīdi var ietekmēt organellas vispārējo dinamiku.

Lai noteiktu lipīdu un olbaltumvielu kustību, ir izmantotas tādas fluorescences metodes kā vienas daļiņas izsekošana (SPT), fluorescences atgūšana pēc fotobalināšanas (FRAP) un fluorescences korelācijas spektroskopija (FCS, pārskatīta [247]). Datoru simulācijas ir izmantotas arī, lai pētītu membrānās iegulto objektu dinamiku, jo tiek uzskatīts, ka fluorescējošās zondes, ko izmanto subcelulāru objektu izsekošanai, kavē dinamiku. Tiek ierosināts, ka augstas fluorescējošās krāsvielas rodamīna koncentrācijas izraisa hidrodinamisko pretestību, samazinot interesējošo objektu difūzijas koeficientu līdz pat 20% [248].

Ir zināms, ka vairākas membrānas īpašības ietekmē transmembrānas un lūmena komponentu dinamiku: lipīdu plosti, olbaltumvielu koncentrācija, olbaltumvielu locīšanas statuss, citoskeleta mijiedarbība un membrānas spriegums. Lipīdu plosti ir kopu lipīdu un proteīnu domēni, kas pārvietojas divslāņa ietvaros [249]. Tika konstatēts, ka difūzija ir divas reizes lēnāka lipīdu plostos [250], un lipīdi un proteīni var īslaicīgi aprobežoties ar šiem plostiem, kuros tika novērota apgrūtināta, subdifūzija kustība [251].

Ir zināms, ka augstākas proteīnu koncentrācijas lipīdu divslānī palēnina laterālo difūziju [252], simulācijās secinot, ka sānu difūzija ļoti pārpildītās membrānās bija par 5-10 lēnāka nekā atšķaidītās membrānās [253]. FCS eksperimenti arī parādīja, ka transmembrānu proteīnu locīšanas statuss ietekmē to kustību ER membrānā. Tika analizēti vairāki proteīni, un tika konstatēts, ka tie visi pārvietojas subdifuzīvi [254]. Tika konstatēts, ka nesalocītā VSVG anomālais eksponents ir zemāks par to. tās salocītā veidā.

Tas izceļ nesalocītu proteīnu traucētāko dinamiku. Kalneksīna, transmembrānas šaperona proteīna, saistīšanās ar nesalocītu VSVG izraisīja anomālā eksponenta palielināšanos tā, ka kustība nebija atšķirama no salocītās formas. Šis rezultāts norāda, ka kalneksīns var novērst nesalocītu proteīnu kaitīgu nekustīgu struktūru veidošanos. Ir zināms, ka sadursmes starp transmembrānu proteīnu citoplazmas domēniem un citoskeleta pavedieniem palēnina sānu kustību lipīdu divslāņos [255], kā tas ir parādīts transferīna receptoram (TfR). pie plazmas membrānas. Normālos apstākļos tika novērota lēna, ierobežota TfR kustība; kad aktīns tika depolimerizēts ar latrunkulīnu, tika novērota brīva difūzija [256].

Tomēr fotoaktivācijas eksperimentos tabakas lapu epidermas šūnās atklājās, ka transmembrānas proteīniem ER bija lēnāka, difūza dinamika, ja tos apstrādāja ar latrunkulīnu B, salīdzinot ar aktīvo dinamiku, kas novērota neapstrādātajās šūnās [257]. Visticamāk, tas ir saistīts ar miozīna izraisītu ER reorganizāciju augu šūnās (3.1.4. sadaļa). Vēl viens transmembrānu proteīnu dinamikas piemērs, ko maina citoskeleta mijiedarbība, ir ER izejas vietu kustība. ERES pārvietojas subdifuzīvi pa ER kanāliņiem atkarībā no mikrotubulām [61,180].

Apstrādājot šūnas ar nokodazolu, tika mērīti zemāki eksponenti un mazāki difūzijas koeficienti, kas liecina, ka mikrotubulārā aktivitāte veicina ERES dinamiku. Simulācijās, pieliekot membrānai spriegojumu, kā tas notiktu ar motorisko aktivitāti, tika palielināti lipīdu sānu difūzijas koeficienti divslānī, bez mainot to anomālos eksponentus [258]. Anomālie eksponenti bija subdifūzi, ar vērtību ~0,75, kas novērota visiem membrānas spriegumiem. Tika konstatēts, ka dinamika ir atkarīga arī no virziena datorsimulācijās.

Tika konstatēts, ka novirzes virzienā, kas ir perpendikulāras divslāņu slānim, ir ierobežotas, savukārt sānu kustība divslāņu plaknē nebija [259]. Kopumā šie rezultāti parāda, ka membrānas lipīdu un transmembrānu proteīnu dinamika ir sarežģīta un atkarīga no sastāva un lipīdu divkāršā slāņa stāvoklis un mijiedarbība ar citoskeletu. Substrātu dinamika ER lūmenā ir arī noteikta eksperimentāli. Olbaltumvielu translācijas difūzija ER lūmenā pirmo reizi tika eksperimentāli izpētīta, izmantojot zaļo fluorescējošo proteīnu (GFP) 1999. gadā [260]. Tika konstatēts, ka GFP kustība ER lūmenā ir ievērojami lēnāka nekā citoplazmā un mitohondrijās.

Tika konstatēts, ka kalretikulīna, lūmena šaperona proteīna, dinamika ir atkarīga no ER locīšanas vides [261]. Mierīgās šūnās tika konstatēts, ka kalretikulīns viegli ņem paraugus no visa ER, bet lēnāki difūzijas koeficienti tika novēroti aktīvi metabolizējošos šūnās. Vienas daļiņas izsekošanas eksperimenti atklāja, ka gan kalretikulīna, gan ER mērķtiecīgi lūmena HaloTag proteīni ER krustojumos pārvietojās ar lēnāku ātrumu nekā kanāliņos [181]. Ātrākā populācija tika samazināta pēc ATP izsīkuma, norādot, ka no ATP atkarīgā motora proteīna mediētā ER dinamika var veicināt lūmena komponentu dinamiku. Šī ātruma atšķirība starp kanāliņiem un krustojumiem netika novērota transmembrānas šaperona kalneksīnam.

Cos-7 šūnu apstrāde ar latrunkulīnu B izraisīja ātrāku lūmena proteīna dinamiku, kā arī N-glikānu izņemšanu no interesējošajiem proteīniem [262]. Šis pētījums, kā arī iepriekš aprakstītie eksperimenti, izmantojot TfR [256], norāda, ka aktīnam var būt liela nozīme, pārvaldot proteīnu un lipīdu kustību ER lūmenā un membrānā. Cēloņsakarība starp ER kustību un kustību. lūmena vai ar membrānu saistītie komponenti vēl ir jāizgatavo.

Tomēr ir izvirzītas vairākas hipotēzes. Georgiades et al. ierosināja, ka ER kanāliņu svārstības veicina reaģentu sajaukšanos lūmenā, paātrinot ER veiktos biosintētiskos procesus [25]. Līdzīgi Stadler et al. liecina, ka ERES kustību izraisa ERtīkla svārstības, kas ir ļoti atkarīgas no mikrotubulām [180].

Holcman et al. izmanto atšķirīgu pieeju un ierosina, ka no ATP atkarīgas peristaltikai līdzīgas kontrakcijas ERtubulu diametros rada aktīvu lūmena komponentu transportēšanu [181]. Ir skaidrs, ka ER kustība un ER rezidentu komponentu dinamika ir saistītas, un tiek uzskatīts, ka ER kustība palielina organellā veikto šūnu procesu efektivitāti, lai gan tas vēl nav apstiprināts.

For more information:1950477648nn@gmail.com