Mgħaqqda U Ibbilanċjat Fin: Morfoloġija, Dinamika, Funzjoni, U Mard tar-Retikulu Endoplasmiku Parti 5

3.1.2. Dinamika ER medjata mill-MCS

Minbarra l-estensjoni tat-tubuli misjuqa minn muturi direttament fil-membrana ER, ERdinamika tista 'tkun ikkawżata minn siti ta' kuntatt tal-membrana ER b'endosomi bikrin u tard, liżosomi, u mitokondrija [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] li jimxu tul mikrotubuli.

Ir-riċerka sabet li acid hydrolase fil-liżosomi jista 'jkisser il-proteini u jikkonvertihom f'aċidi amminiċi, li jistgħu jintużaw miċ-ċelloli biex jissintetizzaw proteini ġodda. Dan il-proċess huwa importanti għat-tagħlim u l-memorja, peress li s-sinteżi tal-proteini hija relatata mill-qrib mal-formazzjoni tal-memorja.

Barra minn hekk, il-liżosomi jistgħu wkoll iżommu ċ-ċelloli b'saħħithom billi jkissru l-iskart ċellulari maħkum u sustanzi ta 'ħsara u jneħħu l-iskart u t-tossini miċ-ċelloli. Dan il-proċess huwa wkoll kritiku għall-protezzjoni tas-sopravivenza u l-funzjoni tan-newroni. In-newroni huma ċ-ċelloli tal-moħħ tagħna u għandhom rwol vitali fil-proċess tat-tagħlim u l-memorja. Jekk in-newroni huma affettwati minn skart ċellulari u sustanzi ta 'ħsara, il-funzjoni u l-kapaċità tagħhom li jgħixu se jkunu kompromessi serjament, li jaffettwaw il-formazzjoni u ż-żamma tal-memorja.

Għalhekk, iż-żamma tal-funzjoni u s-saħħa tal-liżosomi hija ta 'sinifikat kbir għat-titjib tal-memorja u l-protezzjoni tas-sopravivenza u l-funzjoni tan-newroni. Kif iżżomm il-funzjoni u s-saħħa tal-lysosome? L-ewwelnett, jeħtieġ li nagħtu attenzjoni għall-konsum ta 'nutrijenti, speċjalment it-teħid ta' nutrijenti importanti bħall-proteini; it-tieni, jeħtieġ li nżommu irqad u eżerċizzju adegwati; fl-aħħarnett, irridu nevitaw drawwiet ħżiena tal-għajxien bħal li noqogħdu sa tard biex innaqqsu l-istress tal-ħajja u l-piż fiżiku.

Fil-qosor, ir-relazzjoni bejn il-liżosomi u l-memorja hija mill-qrib ħafna. Billi niffukaw fuq iż-żamma tal-funzjoni u s-saħħa liżosomali, nistgħu ntejbu l-memorja u nipproteġu s-sopravivenza u l-funzjoni newronali, u b'hekk nippromwovu s-saħħa u l-iżvilupp tal-ġisem. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn intejbu l-memorja, u Cistanche deserticola jista' jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja, minħabba li Cistanche deserticola għandu effetti antiossidanti, anti-infjammatorji u kontra t-tixjiħ, li jistgħu jgħinu jnaqqsu l-ossidazzjoni u r-reazzjonijiet infjammatorji fil-moħħ, u b'hekk jipproteġu l- saħħa tas-sistema nervuża. Barra minn hekk, Cistanche deserticola tista 'wkoll tippromwovi t-tkabbir u t-tiswija taċ-ċelloli tan-nervituri, u b'hekk ittejjeb il-konnettività u l-funzjoni tan-netwerks newrali. Dawn l-effetti jistgħu jgħinu biex itejbu l-memorja, il-ħila tat-tagħlim, u l-veloċità tal-ħsieb, u jistgħu wkoll jipprevjenu l-iżvilupp ta 'disfunzjoni konjittiva u mard newrodeġenerattiv.

Ikklikkja Kun af biex ittejjeb il-memorja għal żmien qasir

Dan huwa eżempju ta 'proċess imsejjaħ 'hitchhiking', fejn organelle wieħed jipprovdi l-mutur u jmexxi l-moviment ta' merkanzija oħra li mhix mobbli waħedha [38,221,222].Xogħol bikri fuq il-moviment tat-tubuli ER identifika dominji motile morfoloġikament distinti fil-ponot ta ' xi tubuli ER li jiċċaqilqu [182,191].

Madankollu, hemm evidenza ċara mill-mikroskopija tad-dawl trażmess u t-tikkettar DiOC6 li t-tubuli ER infushom jistgħu jittraslokaw direttament tul il-mikrotubuli, mingħajr il-ħtieġa ta 'hitchhiking ma' organu ieħor [19,182,183,190].

Madwar nofs l-endosomi pożittivi Rab5-fiċ-ċelluli Cos-7 huma mwaħħla mal-ER waqt l-immaġini [75], u meta ttieħdu immaġni b'rati ta' frame baxxi (qafas 1 kull 1.5 s) dehru inqas immotili minn liżosomi assoċjati mal-ER. [219], u inqas probabbli li jikkawżaw mobilità tat-tubuli ER [26].

Madankollu, immaġini ħajjin bir-rati ta 'frejm mgħaġġla meħtieġa biex jinqabdu endosomemovement bikri rapidu żvelat li endosomi li jiċċaqilqu jistgħu jittraslokaw lejn tubuli ER, jaqbduh, u jkomplu jiċċaqilqu, billi jiġbdu tubuli ER warajhom ([74]; Figura 4).

Hekk kif l-endosomi bikrija jimxu primarjament lejn iċ-ċentru taċ-ċelluli, immexxija mid-dynein [74,223], il-hitchhiking fuq endosomes bikrija jista 'jammonta għal xi wħud mill-estensjonijiet tat-tubuli ER dipendenti mid-dynein [20].

Kif id-dynein u l-kinesins jiġu rreklutati għal endosomes bikrija, u r-rwol tal-kinesin-1 fil-moviment tagħhom, mhux mifhum bis-sħiħ. Xogħol reċenti jissuġġerixxi li 30-50% tal-avvenimenti ta' estensjoni tat-tubuli ER huma mmexxija minn hitchhiking fuq endosomes/lysosomes tard jiċċaqilqu tul mikrotubuli, filwaqt li 40% ta 'tubulesmoved tul mikrotubuli b'mod indipendenti, u l-bqija kienu medjati minn TACs ordTACs (ara hawn taħt) [26,38,219].

B'mod sorprendenti, kważi l-liżosomi kollha kienu assoċjati ma 'u mċaqalqa ma', in-netwerk ER [219]. Liżosomi li ġew immaġinati qabel, waqt, u wara avveniment ta 'hitchhiking dehru li jonqsu meta mwaħħla ma' tubuli ER [204,219], possibilment minħabba li kien hemm inqas drag li jikkontrobattu l-forza ġġenerata mill-moturi liżosomali meta ma jestendux tubuli ER.

Żewġ proteini residenti ER involuti fis-sintesi tal-fosfolipidi, PIS, u CEPT1, li qabel intwerew li huma fil-ponta tat-tubuli motile flimkien ma 'Rab10 [7], kienu assoċjati ma' avvenimenti ta 'hitchhiking LE/lysosome [26].

Għal darb'oħra, dynein u kinesin-1 huma l-muturi ewlenin li jmexxu endosome/lysosomemovement tard, u hemm diversi modi li bihom jiġu rreklutati u kkontrollati, li wħud minnhom jinvolvu interazzjonijiet mal-ER (revedut f'[128,129]). Dynein jista 'jiġi rreklutat viaRILP u Rab7 (fil-preżenza ta' livelli għoljin ta 'kolesterol); ALG2 u TRPML1 (irregolati minn PI(3,5)P2 u kalċju); jew JIP4 u TMEM55B (promovuti mill-ġuħ, li jżidu t-traskrizzjoni ta 'TMEM55B permezz ta' mTORC1) [128,129]. Kinesin-1 huwa rreklutat minn SKIP u Arl8 (regolati minn BORC), jew FYCO1 u Rab7 (regolati minn PI (3) P u li jinvolvu protrudin fl-ER: ara hawn taħt), u ż-żewġ rabtiet huma permezz ta 'KLCs [128,129].

Mistoqsija miftuħa hija jekk dawn il-mekkaniżmi multipli jaħdmux b'mod parallel fuq l-istess organelle, jew jekk hemmx għażla spazjali (eż., fuq subdominji speċifiċi tal-membrana), jew bidla skont l-istatus metaboliku, jew inputs oħra.

Jekk 30-50% biss tat-tubuli ER jimxu f'assoċjazzjoni ma' endosomi/liżosomi tard, kemm hu importanti dan l-itchhiking ER għall-organizzazzjoni ER b'mod ġenerali? Żewġ studji reċenti wrew li f'ċelloli Cos-7 tal-inqas, it-tweġiba hija-ħafna.

It-tfixkil tal-endosomeMCSs ER-tard bit-tnaqqis tal-VAPA medjat mill-RNAi (li jorbot lil ORP1L biex jankra LE ma' ERvia Rab7: [128]) ħarbat ukoll il-morfoloġija ER u naqqas il-firxa tat-tubuli ER u l-kumplessità tan-netwerk, speċjalment fil-periferija [26,219] il-knockdown tal-membri kollha tal-familja ER VAP (VAPA, VAPB, u MOSPD2) li jagħtu fenotip aktar b'saħħtu [26].

Barra minn hekk, il-manipulazzjoni tal-muturi preżenti fuq endosomi / liżosomi tard ipprovdiet mezz utli biex tiskatta moviment tal-endosomi 'l ġewwa jew 'il barra, li wassal għal tnaqqis jew żieda fit-tubuli ER periferali [26,219] u d-dinamika tan-netwerk [26].

Interessanti, it-tnaqqis ta' SKIP jew Arl8 ikkawża bidliet kbar fin-netwerk ER, li jissuġġerixxi li din hija r-rotta ewlenija għar-reklutaġġ ta' kinesin-1 għal dan il-proċess, aktar milli protrudin/FYCO1 [219].Protrudin, il-prodott tal-ġene ZFYVE27 , hija proteina transmembraneER multispanning li għandha pletora ta 'interatturi, kemm fl-ER kif ukoll f'endosomi tard.

Fl-ER, jorbot mal-proteini li jsawru ER atlastin, REEPs 1 u 5, reticulons 1, 3, u 4, u jinteraġixxi wkoll ma 'VAP permezz ta' motif FFAT ([224]; rivedut f'[225]). Jista' wkoll jorbot ma' endosomes tard permezz tad-dominju tiegħu li jorbot lil Rab, li jorbot lil Rab7-GTP, u dominju FYVE(Fab{{-1, YGL023, Vps27, u EEA1), li jingħaqad mal-fosfatidilinositol arrikkit endosomally tard 3-fosfat (PI3P) [204,225].

B'mod kruċjali, jorbot ukoll mal-membri kollha tal-familja KIF5, għalkemm l-interazzjoni hija l-aktar b'saħħitha ma 'KIF5A [226], li hija impressjonanti meta wieħed iqis kemm il-protrudin kif ukoll KIF5A (iżda mhux KIF5B jew C) jistgħu jikkawżaw parapleġija spastika ereditarja meta mutat (Tabella 1).

L-espressjoni żejda ta' kwalunkwe proteina kkawża l-formazzjoni ta' sporġenzi f'ċelluli mhux polarizzati [226], għalhekk l-isem ta' protrudin [225], filwaqt li t-tnaqqis medjat minn siRNA wassal għal espansjoni ta' reġjuni li jixbħu folja ttikkettjati CLIMP63- fil-periferija taċ-ċelluli [224]. Minħabba l-potenzjal ta' protrudin li jorbot mal-endosoma tard, Raiborg u sħabhom investigaw jekk kienx involut fil-formazzjoni tal-MCS u sabu li tabilħaqq kien il-każ [204].

Barra minn hekk, espressjoni żejda ta 'protrudin wasslet għal akkumulazzjoni ta' endosomi/liżosomi tard fil-periferija taċ-ċelluli, fenotip li kien deher qabel għal FYCO1, proteina oħra li torbot PI3Pand Rab7-, u li nstab li jinteraġixxi ma 'protrudin [204] .

L-immaġinazzjoni ta' FYCO1 u protrudin fiċ-ċelloli ħajjin żvelat li l-lateendosomes pożittivi FYCO1- li jiċċaqilqu jinteraġixxu ma' protrudin fl-ER, waqqfu jew jonqsu waqt li għamlu dan, imbagħad inqalgħu u telqu aktar malajr. Protrudin jorbot lil KIF5 u FYCO1 jorbot lil KLC, u l-espressjoni ta 'protrudin żiedet l-ammont ta' KIF5 misjub assoċjat ma 'FYCO1, li wassal għall-mudell li kinesin jgħaddi minn protrudin għal FYCO1 fuq il-lateendosome matul l-assoċjazzjoni tal-endosomi ER-tard, sabiex jattiva l-moviment tal-endosomi tard ikissru. ħielsa mill-ER.

Filwaqt li dan il-mudell huwa attraenti, hija meħtieġa aktar prova formali. Dak li huwa ċar madankollu, huwa li kemm protrudin kif ukoll FYCO1 huma importanti għall-estensjoni tal-axon [129,195,204,227]. Protrudin u FYCO1-traslokazzjoni tard endosome medjata għall-periferija taċ-ċelluli intwera wkoll li huma importanti għall-formazzjoni ta 'invadopodia, fejn lateendosomes iwasslu l-matrix protease MT1-MMP għas-sekrezzjoni, li hija meħtieġa għall-migrazzjoni taċ-ċelluli tal-kanċer [205] ].

Importanti, il-pożizzjoni tal-endosoma/liżosoma tard hija kkontrollata minn status nutrizzjonali, bħall-livelli tal-kolesterol u l-aċidu amminiku, li mbagħad jirregolaw ir-reklutaġġ jew l-attività tad-dynein u kinesin-1[128,129,228].

Dan ir-regolament reċentement intwera li għandu impatt kbir fuq id-dinamika u d-distribuzzjoni tal-ER fiċ-ċellula [26,219]. Is-serum waqa 'għal netwerk ER inqas mobbli u naqqas il-motilità tardiva ta' endosome/lysosome, li wassal għal netwerk ER inqas kumpless fil-periferija taċ-ċelluli b'inqas junctions tat-tubuli [26]. Lu andcoworkers sabu li ġuħ tas-serum ta '4 sigħat wassal għal raggruppament ta' endosome/lysosome tard, u tnaqqis fil-proporzjon ta 'ER tubulari, kif għamel arrikkiment tal-kolesterol [219].

B'kuntrast, 24-siegħa ġuħ jew tnaqqis tal-kolesterol ikkawżat lokalizzazzjoni periferali ta 'endosomi mingħajr effett fuq it-tubuli ER [219]. Il-mogħdija ta' kuntatt ER-endosome/lysosome medjata minn protrudin hija wkoll influwenzata mill-istat nutrittiv. L-iżoforma newronali tal-carnitine palmitoyltransferase 1, CPT1C, hija proteina ER li hija rregolata minn livelli ta 'malonyl-CoA u mutata f'HSP [228].

Xogħol reċenti wera li CPT1C huwa meħtieġ għal tkabbir newronali xieraq u jikkontrolla t-trasport ta 'endosomi/liżosomi tard sal-ponta tal-axon, u dan jeħtieġ il-kapaċità tiegħu li jingħaqad mal-malonyl-CoA [228].

Jinteraġixxi ma' protrudin, u jesprimih f'ċelloli HeLa żied il-proporzjon ta' endosomi tard ittikkettjati FYCO1-li jiċċaqilqu 'il barra jekk kien preżenti malonyl-CoA, iżda naqqas il-moviment għal taħt il-livelli ta' kontroll jekk il-malonyl-CoA kien eżawrit.

Madankollu, b'differenza mill-protrudin, CPT1C kien preżenti, iżda mhux arrikkit, f'kuntatti ER-liżosomi, li jissuġġerixxi li jirregola l-interazzjoni protrudin-FYCO1-kinesin-1 aktar milli jkun involut direttament. L-awturi jissuġġerixxu li fil-preżenza ta 'malonyl-CoA, CPT1C jippromwovi t-trasferiment ta' kinesin-1 minn protrudin għal FYCO1 fuq endosomi/liżosomi tard, u b'hekk jippromwovi l-moviment 'il barra tagħhom fin-newroni [228].

Madankollu, kif imsemmi hawn fuq, dan il-mudell ta 'trasferiment kinesin jeħtieġ aktar ittestjar. Il-mitokondrija huma magħrufa li jinteraġixxu b'mod estensiv mal-ER f'ċelloli ħajjin [22], u l-mitokondrija motile tista' testendi t-tubuli ER [22,38]. Il-mitokondrija assoċjata mal-ER huma preferenzjali lokalizzati għal mikrotubuli aċetilati [22], li huma l-mogħdija preferuta għal kinesin-1(eż., [229]), li hija mutur kemm għall-mitokondrija (eż., [230]) kif ukoll għall- ER.

Il-mitokondrija dehru wkoll li jinteraġixxu mal-liżosomi, u l-liżosomi li jiċċaqilqu jistgħu joħorġu l-athin tubuli mill-mitokondriju [38]. Peress li nstabu tubuli rqaq simili li jestendu mill-mitokondrija f'punti ta' kuntatt ER permezz tal-azzjoni ta 'KIF5B u r-riċettur mitokondrijali tiegħu Miro1 [230], iqajjem il-mistoqsija dwar jekk il-PDZD8-indottax MCSs bi tliet direzzjonijiet bejn ER, endosomes tard. , u l-mitokondrija jistgħu jkunu involuti fiż-żewġ proċessi.

Madankollu, din l-interazzjoni kumplessa essenzjalment immobilizzat l-organelli [126].

L-MCSs huma importanti ħafna għal ħafna aspetti tal-funzjoni ER, il-metaboliżmu u d-dinamika ġenerali. Dan jagħmilha diffiċli biex jiġu interpretati alterazzjonijiet li dehru wara esperimenti mfassla biex ifixklu aspett wieħed tal-funzjoni tal-MCS.

Dan huwa eżempju minn esperimenti fejn il-funzjoni ta' Rab7a meħtieġa għal endosome/lysosome MCS tard, u involut fir-reklutaġġ kemm ta' kinesin-1 kif ukoll tad-dynein għal endosomes-kien imfixkel. It-tnaqqis ta' Rab7a, jew l-espressjoni ta' Rab7a imsakkar mal-GDP, wassal għal akkumulazzjoni ta' ER sheetlike CLIMP63-tikkettjat fil-periferija taċ-ċellula, u attivazzjoni tar-rispons għall-istress ER [231].

Mateus et al.hypothesize li l-bidliet strutturali huma kkawżati minn stress ER, aktar milli bidliet fid-dinamika ER [231]. Tabilħaqq, hemm ħafna modi li bihom l-istress jista 'jinfluwenza l-MCS u l-ER (revedut fi [85]). Il-monitoraġġ tal-livelli tal-istress ER se jkun kontroll importanti fi studji futuri (eż, [219]).

3.1.3. Interazzjonijiet ER-Microtubuli Indipendenti mill-Mutur

Deher ċar minn studji bikrija li jeżistu tliet tipi ta 'interazzjonijiet ER-mikrotubuli: traslokazzjoni mmexxija mill-mutur ta' tubuli ER, interazzjonijiet statiċi, u t-twaħħil ta 'ERtubuli ma' ponot mikrotubuli li qed jikbru [23].

L-aħħar interazzjoni tmexxi l-estensjoni tat-tubuli permezz tal-formazzjoni ta ''kumplessi ta' twaħħil tal-ponta', jew TACs, li dehru għall-ewwel darba f'estratti tal-bajd ta' Xenopus [232]. ponot u mikrotubuli [20,21,23,38], għalkemm il-perċentwal kien differenti bejn it-tipi taċ-ċelluli [21].

It-TACs jikkonsistu mit-transmembrane ER proteinSTIM1 (molekula ta' interazzjoni stromali 1), li jinteraġixxi mal-MT plus-end-trackingprotein EB1 [21]. STIM1 jinteraġixxi ma 'Orai1 fil-membrana tal-plażma mat-tnaqqis tal-ħażniet tal-kalċju ER biex jippermetti t-trasferiment tal-kalċju minn barra ċ-ċellula lejn l-ER (ara t-Taqsima 2.2.5). B'mod interessanti, l-iskattar ta' dan il-proċess impedixxa t-traċċar tal-ponta STIM1 [21].

Filwaqt li l-preżenza ta 'TAC ma bidlitx ir-rata tat-tkabbir u t-tnaqqis tal-mikrotubuli, naqqset il-probabbiltà li l-mikrotubuli jgħaddi minn katastrofi (li jibda jiddepolimerizza) [232]. L-ERtubuli jistgħu wkoll jiġu estiżi billi jitwaħħlu ma 'mikrotubuli depolimerizzanti permezz ta' dTAC [38]; il-kompożizzjoni ta 'ER dTACs mhix magħrufa. Għaliex għandek żewġ metodi għat-trasport tal-ER lejn il-periferija taċ-ċellula?

Fil-każ ta' embrijuni Xenopus, għalkemm kinesin-1 huwa preżenti fl-ER, mhuwiex attiv qabel l-iżvilupp laterin [187]. Minflok, in-netwerk ER jiddistribwixxi tul iċ-ċitoplasma permezz tal-attività kombinata tad-dynein li tiġbidha lejn in-nukleu u ċ-centrosome, u t-TAC jestendiha 'l barra hekk kif il-mikrotubuli jimpolimerizzaw[184]. F'ċelloli kkultivati, it-TACs jiżguraw li l-ER jilħaq dritt sat-tarf taċ-ċellula.

B'kuntrast, il-preferenza ta' kinesin-1 għal mikrotubuli stabbli bħala binarji, forsi minħabba li għandhom inqas MAP7 marbuta mal-wiċċ tagħhom, tfisser li tittrasloka ħażin sa l-aħħar ta' mikrotubuli polimerizzati ġodda [229].

Rwol importanti għall-lokalizzazzjoni ER medjata minn STIM1-EB1-intwera f'koni tat-tkabbir newronali, fejn STIM1 hija meħtieġa għall-orjentazzjoni tal-mikrotubuli u ER li hija essenzjali biex kon tat-tkabbir jimxi lejn gradjent tal-fattur tat-tkabbir [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com