Savstarpēji un smalki līdzsvaroti: endoplazmatiskā retikulāta morfoloģija, dinamika, funkcija un slimības, 4. daļa

3. ER dinamika

ER ir ne tikai sarežģīta savā organizācijā, bet arī savā kustībā. Progress ER dinamikas izpratnē ir bijis lēnāks nekā ER morfoloģija, jo bultu kanāliņi un pastāvīga kustība un tīkla pārkārtošanās padara ER izaicinošu attēlu.

Endoplazmatiskais tīklojums ir viens no svarīgākajiem orgāniem šūnās, un tam ir daudzas svarīgas bioloģiskas funkcijas, piemēram, proteīnu sintēze, glikozilācijas reakcija, lipīdu sintēze un sadalīšanās, jonu transportēšana un uzglabāšana utt. Turklāt pētījumi liecina, ka pastāv arī cieša saikne. starp endoplazmatisko tīklu un atmiņu.

Pirmkārt, endoplazmatiskajam tīklam ir ļoti svarīga loma normālu neironu fizioloģisko funkciju uzturēšanā. Liels skaits pētījumu ir parādījuši, ka endoplazmatiskā retikulāta disfunkcija var izraisīt traucējumus neironu attīstībā un nobriešanā, tādējādi ietekmējot cilvēku mācīšanās un atmiņas spējas. Tajā pašā laikā endoplazmatiskais tīkls ir iesaistīts arī neironu sinaptiskajā plastiskumā. Regulējot reverso transportu un kalcija jonu izdalīšanos, tas piedalās sinaptiskās plastiskuma veidošanā un uzturēšanā, piemēram, ilgtermiņa potenciācijā un ilgstošā depresijā.

Otrkārt, pētījumi liecina, ka endoplazmatiskajam tīklam ir neirotransmisijas regulēšanas funkcija. Endoplazmatiskais tīkls tieši vai netieši ietekmē saziņu starp neironiem, regulējot neirotransmiteru sintēzi un transportēšanu. Tāpēc endoplazmatiskā retikuluma disfunkcija var izraisīt nopietnus neirotransmiteru nelīdzsvarotības traucējumus, izraisot tādas nelabvēlīgas sekas kā atmiņas zudums un garīga deģenerācija.

Visbeidzot, endoplazmatiskais tīkls var arī sintezēt un uzglabāt lielu daudzumu lipīdu, tostarp sfingomielīnu, kas nepieciešams neironiem. Sfingomielīns ir ārkārtīgi svarīgs, lai uzturētu neironu stabilitāti un darbību. Tāpēc endoplazmatiskā tīkla spēja regulēt sfingomielīnu tieši ietekmē smadzeņu darba kvalitāti un cilvēku atmiņu.

Rezumējot, attiecības starp endoplazmatisko tīklu un atmiņu ir nedalāmas. Nostiprinot izpratni un regulējumu par endoplazmatiskā tīklojuma darbību, mēs varam labāk aizsargāt un uzlabot cilvēku atmiņu, tādējādi uzlabojot dzīves un mācību kvalitāti. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Cistanche deserticola iedarbīgumu nodrošina vairākas tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp miecskābe, polisaharīdi, flavonoīdu glikozīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību, izmantojot dažādus ceļus.

Noklikšķiniet uz Zināt īstermiņa atmiņu, kā uzlabot

ER dinamiku zīdītāju šūnās var iedalīt trīs veidos: izveidoto tīkla elementu svārstības; daļiņu dinamika ER lūmenā vai membrānā; un jaunu tīkla elementu ģenerēšana (sk. 3. attēlu).

ER dinamikas mērķis joprojām ir neskaidrs, taču dominējošā teorija ir tāda, ka svārstības paātrina ER notiekošos procesus, atvieglojot lūmena un transmembrānas daļiņu kustību [25,180,181].

3.1. ER dinamikas citoskeletālā kontrole

ER pastāvīgi pārkārto savu telpisko organizāciju. Iespaidīgā ER dinamika tika novērota dzīvās kultivētās CV1 šūnās [182], tritonu plaušu šūnās [23] un augšanas konusos kultivētos neironos [183] ​​ilgi pirms zaļās fluorescējošās olbaltumvielas (GFP) atklāšanas, izmantojot lipofīlo krāsvielu. DiOC6.

Jaunus kanāliņus var izvilkt no esošā tīkla un savienot ar blakus esošajiem kanāliņiem vai krustojumiem, lai izveidotu jaunus savienojumus, un tīkla daudzstūri var veidoties un pazust ([182]; 4. attēls). Šī mikrotubulu motora virzītā kustība ir aprakstīta 3.1.1. sadaļā. Tīkla proporcija loksnēs un caurulēs var arī dinamiski mainīties.

ER loksnes reorganizējas kanāliņos, kad ribosomas tiek noņemtas no to virsmas ar puromicīnu [45]. Kā aprakstīts tālāk, uz mikrotubuliem balstītas kanāliņu kustības kavēšana savukārt var palielināt loksnēm līdzīgu reģionu īpatsvaru. Ir ziņots, ka iekļūšana mitozē izraisa loksnes izplešanos [37, 43, 184], lai gan citi pētījumi ir parādījuši pastiprinātu mitotisko kanāliņu veidošanos [45], ko veicina REEP 3 un 4 [185].

Šāda dinamiska reorganizācija var palīdzēt organellām ātri ņemt paraugus no šūnu tilpuma [1] un reaģēt uz izmaiņām šūnu vajadzībās un uztura statusā (3.1.3. sadaļa).

Ar ER saistītie mikrotubulu motori nav vienīgais līdzeklis, ar kuru ER mijiedarbojas ar citoskeletu, un turpmākajās sadaļās mēs aprakstām, kā kanāliņus var paplašināt arī, mijiedarbojoties ar augošiem mikrotubuliem, izmantojot uzgaļu piestiprināšanas kompleksus (TAC) un saistoties ar kustīgiem MCS.

Ir izklāstīta arī ER kanāliņu statiskā mijiedarbība ar mikrotubulām un aktīna citoskeleta loma.

3.1.1. Mikrotubulu motoru piedziņas ER dinamika

Sākotnējie pētījumi, kuros izmantoja DiOC6, atklāja, ka ER kanāliņi šūnu perifērijā bieži cieši sakrīt ar mikrotubuliem [23,183,186], kā apstiprināts daudzos turpmākajos pētījumos (piemēram, [21,38,187]).

Gredzena pārkārtošanās un kanāliņu atzarošanās notiek arī saistībā ar mikrotubulām [38]. Mikrotubulu depolimerizācija pilnībā inhibēja ER kanāliņu un tīkla dinamiku VERO šūnās [20], palielināja ER daudzumu lokšņu līdzīgās struktūrās un samazināja cauruļveida tīklu [20, 37, 38, 186, 188].

Augstas izšķirtspējas attēlveidošana dzīvās šūnās ir parādījusi, ka šīs loksnes sastāv no morfoloģiju maisījuma, ieskaitot biezas loksnes, plānākas loksnes, kas satur nanocaurumus, un blīvus cauruļveida tīklus [33], kas liecina, ka mikrotubulas ne tikai kontrolē ER tīkla stāvokli, bet arī veicina detalizēta ER membrānas domēnu organizācija.

ER līdzīgu kanāliņu, kas stiepjas gar mikrotubulām, tieša vizualizācija vispirms tika veikta in vitro testos, izmantojot ekstraktus no CV1 šūnām [189] vai starpfāzu Xenopus olām [190], kur ar video pastiprinātu diferenciālo interferences kontrasta mikroskopiju atklāja membrānas kanāliņu slīdēšanu gar mikrotubulām. Tika pierādīts, ka Xenopus tīkli ir ER pēc antivielu marķēšanas un polisomu klātbūtnes uz membrānas virsmas [19].

Kustīgums izraisīja kanāliņu savstarpēju kontaktu, kā rezultātā notika kanāliņu saplūšana [19, 20, 189], kas bija atkarīga no atlastīna [184]. Turklāt gan gluda, gan raupja ER no žurku aknām veidoja kustīgus tīklus, apvienojot tos ar starpfāzu Xenopus olu citozolu, demonstrējot kustīguma saglabāšanos starp sugām un membrānu saplūšanu [191]. Tomēr, ja membrānas koncentrācija ir pietiekami augsta in vitro, ER kanāliņu tīkls var veidoties, ja nav mikrotubulu [192].

ER kanāliņu motorizētā slīdēšana pa mikrotubulām kopš tā laika ir daudzkārt vizualizēta, izmantojot fluorescences mikroskopiju (piemēram, [20–22,38]). Tā kā mikrotubulas ir orientētas lielākajā daļā kultivēto neneironu šūnu ar to dinamiskajiem “plus” galiem pret šūnu perifērijā, ātrai ER kanāliņu slīdēšanai uz āru nepieciešams uz aplus galu vērsts mikrotubulu motors. Kinezīnu virsģimenes dibinātājs kinezīns-1 ir atbildīgs par šo kustīgumu [20,193,194].

Kinezīna-1 inhibīcija ne tikai kavēja kanāliņu kustību uz āru, bet arī palielināja ER lokšņu reģionu īpatsvaru šūnu perifērijā [20]. Ņemot vērā, ka loksnēm līdzīgi apgabali var sastāvēt no uzkrātiem smalkiem cauruļveida tīkliem [34] vai loksnēm, kas satur nanocaurumus [33], būs interesanti noskaidrot, vai šīs loksnes atbilst kāda veida struktūrai, vai arī pastāv morfoloģiju sajaukums, kā redzams pēc tam. ārstēšana ar nokodazolu [33].

Lielākā daļa kinezīna-1 dzīvnieku šūnās ir tetramēri, kas satur divas identiskas motora (KIF5) apakšvienības un divas identiskas KLC [195]. Mugurkaulnieki ekspresē trīs KIF5 gēnus: KIF5B izpaužas visur, bet KIF5A un C ir neironāli bagātināti. Mēs atgriezīsimies pie KIF5A vēlāk, jo mutācijas izraisa neirodeģeneratīvas slimības (1. tabula) [195]. Ir četri KLC gēni, un KLC 1, 2 un 4 ir plaši izteikti.

KLC1 ​​pastāv vairākās pārmaiņus savienotās formās, un KLC1B ir nepieciešams ER kustīgumam [20,193]. Svarīgs neatrisināts jautājums ir kinezīna-1 receptora identitāte ER. Ir ierosināti vairāki kandidāti, taču ir brīdinājumi par visiem. no viņiem. Neironu šūnās un neneironu šūnās un dažādos audos var būt dažādi receptori. Kinektīns tika identificēts, izmantojot funkciju bloķējošu monoklonālu antivielu [196], un tas saistās ar KIF5 C-galu [197].

Kinektīns ir iesaistīts fokaladhēzijas dinamikas regulēšanā ķemotakses laikā, veicinot ER mērķēšanu uz fokusa adhēziju šūnas priekšējā malā [198, 199].

Interesanti, ka šim procesam ir nepieciešams Rab18, un tas veido trīskāršu kompleksu ar kinektīnu un kinezīnu -1 [198]. Tomēr kinektīna izslēgšanas pelēm nebija fenotipa, ar normālu ER (un citu organellu) sadalījumu KO MEF [200].

Turklāt kultivētajos neironos ER stiepjas pa visiem aksoniem, tomēr kinektīns tiek novērots tikai šūnas ķermenī [194], atbilstoši tā ierosinātajai lomai ERsheet atstatuma uzturēšanā [13].

Tomēr kinektīna siRNS samazināšanās samazināja ER tīkla dinamiku Cos-7 šūnās [26]. Interesanti, ka Rab10 ir iesaistīts arī ERtubulu veidošanās regulēšanā [7], un ir ziņots, ka tas veido kompleksu ar JIP1, neironāli ekspresētu kinezīna adapteri, un KLC1, lai veicinātu sekrēcijas pūslīšu transportēšanu neironu polarizācijas un aksonu augšanas laikā [201].

Tas, vai šis komplekss ir iesaistīts ERtubulu paplašināšanā neironos un vai Rab{0}}kinectin-KIF5B komplekss ir nepieciešams ER kanāliņu paplašināšanai nemigrējošās šūnās, ir atklāti jautājumi. Vēl viens ER kinezīna-1 receptora kandidāts ir p180. , kam ir kopīga homoloģija ar kinektīna kinezīna-1 saistošo domēnu [202], un kas, tāpat kā kinektīns, ir arī lokalizēts centrālās lapas reģionos neneironu šūnās [13, 16, 194].

 Tomēr kultivētajos neironos p180 lokalizējās ne tikai loksnēs šūnas ķermenī, bet arī kanāliņos aksonos, bet ne dendritos [194], alokalizācija atbilst KIF5 saistīšanai. Tomēr tas, visticamāk, darbosies kā enkurs starp ER un mikrotubulām, nevis kā kinezīna-1 receptors (sk. 3.1.3. sadaļu). Ir vēl divi kinezīna receptoru kandidāti.

Protrudin (gēna nosaukums ZFYVE27) ir ER rezidents kinezīnu saistošs proteīns, kam ir galvenā loma kustīgas lateendosomu–ER MCS kustīguma veidošanā, kā aprakstīts 3.1.2. Tomēr tas ir izteikts atvery zemā līmenī (neatklāts HeLa šūnu proteomā [203]), un, lai gan tā izsīkšana ar siRNS izraisa novēlotu endosomu klasterizāciju šūnu centrā [204, 205], nav skaidrs, kāda ir tā ietekme uz ER sadalījumu.

Visbeidzot, ir pierādīts, ka ER lokalizētais transmembrānas DNS-J-domēna proteīns B14 mijiedarbojas ar KIF5B, lai radītu vietu SV40 vīrusa izdalīšanai no ER [206], taču tā iesaistīšanās normālā ER dinamikā vēl ir jāpārbauda.

Ņemot vērā, ka ER stiepjas uz āru no kodola apvalka uz šūnas perifēriju, negaidīts atklājums bija tāds, ka ER kanāliņi virzījās uz mikrotubulu mīnusiem starpfāzu Xenopus olu ekstraktos, ko virza dyneīns [19,184,190,207,208].

Tas atbilst prasībai pēc dyneīna kodola apvalkā, lai veicinātu pronukleāro migrāciju, ko var atjaunot šajos ekstraktos [209]. Tomēr tikai dyneīna vadīta ER kustība turpinājās pat ekstraktos, kas izgatavoti no embrijiem pēc piektās šūnu dalīšanās: no kinezīna atkarīga ER kustība tika novērota tikai tad, kad tika izmantots kurkuļa šūnu līnijas citozols [187].

Nesenais darbs ir sniedzis apmierinošu šīs parādības skaidrojumu [210]: ER perinukleārais baseins, kas uzkrājas dyneīna aktivitātes dēļ, ir nepieciešams, lai savāktu lielos kodolus, kas novēroti agrīnos embrijos (šajā pētījumā jūras ezis un Xenopus embriji).

Turklāt papildu retikulona 4b ekspresija samazināja kodolu lielumu, iespējams, samazinot ER lokšņu reģionu veidošanos [210]. Ksenopusa olu ekstrakti ir atklājuši arī no šūnu cikla atkarīgas izmaiņas ER dinamikā, jo dinīna vadītā kustība tiek kavēta metafāzes aizturētos ekstraktos [184 190 207], savukārt miozīna V vadītā ER kustība uz aktīna pavedieniem tika aktivizēta [211].

ER loksnes uzkrājas [184], kā ziņots par mitotiskām HeLa šūnām [37], lai gan citi pētījumi tam ir pretrunā [45,185]. Dineīns nav tikai svarīgs ER dzinējs embrionālajās šūnās. Apmēram puse no ātrākajām kanāliņu kustībām VERO šūnās notika virzienā uz šūnu centru un bija dyneīna vadīta [20].

Turklāt dyneīna inhibīcija izraisīja dziļu ER lokšņu uzkrāšanos šūnu perifērijā, neietekmējot uz āru vērstu, kinezīna virzītu kustību [20]. Līdzīgi gan dyneīns, gan kinezīns-1 veicina ER kanāliņu kustīgumu aksonos [194] un kultivēto grauzēju hipokampu neironu dendriti [212 213]. Pagaidām atšķirībā no ERES (2.2.2. sadaļa) nevienā sistēmā nav identificēts dyneinona ER receptors.

Pēdējais piemērs mikrotubulu motora virzītai kustībai, kurā iesaistīta ER, ir kodola migrācija un pozicionēšana. Papildus iepriekšminētajai pro-nukleāro migrācijai, kinezīns un dyneīns koordinē kodola pozicionēšanu daudzās dažādās situācijās, piemēram, neironu kodola migrācijas laikā smadzeņu attīstības laikā [214] un kodola kustībā daudzos C. elegans attīstības posmos [215].

Dineīns kodola apvalkā ir svarīgs centrosomu atdalīšanai G2/profāzes beigās un veicina kodola apvalka fragmentāciju (apskatīts [216]). Kinezīns -1 ir iesaistīts arī centrosomu un kodola pozicionēšanā nepolarizētās šūnās, kur tas tiek iekļauts kodola apvalkā ar RanBP2 un BICD2 [217].

Interesanti, ka nesprīns 4 ir īpaši izteikts ārējā kodola apvalkā polarizētā epitēlijā, kur tas piesaista kinezīnu -1, kas pēc tam pārvieto kodolu uz šūnas pamatni [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com