Samtvinnað og í fínu jafnvægi: Endoplasmic reticulum Morphology, Dynamics, Function, and Diseases Part 5

3.1.2. MCS-miðlað ER Dynamics

Auk pípluframlengingar sem knúin er áfram af mótorum beint á ER himnuna, getur ERdynamic stafað af ER himnu snertistöðum við snemma og seint endósóm, lýsósóm og hvatbera [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] sem hreyfast eftir örpíplum.

Rannsóknir hafa leitt í ljós að sýruhýdrólasi í leysisómum getur brotið niður prótein og umbreytt þeim í amínósýrur, sem frumur geta notað til að búa til ný prótein. Þetta ferli er mikilvægt fyrir nám og minni þar sem próteinmyndun er nátengd myndun minni.

Að auki geta lýsósóm einnig haldið frumum heilbrigðum með því að brjóta niður innflutt frumuúrgang og skaðleg efni og fjarlægja úrgang og eiturefni úr frumunum. Þetta ferli er einnig mikilvægt til að vernda lifun og virkni taugafrumna. Taugafrumur eru heilafrumur okkar og þær gegna mikilvægu hlutverki í ferli náms og minnis. Ef taugafrumur verða fyrir áhrifum af frumuúrgangi og skaðlegum efnum mun virkni þeirra og getu til að lifa verulega skerðast, sem hefur áhrif á myndun og varðveislu minnis.

Þess vegna hefur það mikla þýðingu að viðhalda virkni og heilsu lýsósóma til að bæta minni og vernda lifun og virkni taugafrumna. Hvernig á að viðhalda lýsósómavirkni og heilsu? Í fyrsta lagi þurfum við að huga að inntöku næringarefna, sérstaklega inntöku mikilvægra næringarefna eins og próteina; í öðru lagi þurfum við að viðhalda nægum svefni og hreyfingu; að lokum þurfum við að forðast slæmar lífsvenjur eins og að vaka seint til að draga úr lífsstreitu og líkamlegu álagi.

Í stuttu máli má segja að sambandið milli leysisóma og minnis sé mjög náið. Með því að einbeita okkur að því að viðhalda lýsósómavirkni og heilsu getum við bætt minni og verndað lifun og virkni taugafrumna og stuðlað þannig að heilsu og þroska líkamans. Það má sjá að við þurfum að bæta minni og Cistanche deserticola getur bætt minnið verulega, því Cistanche deserticola hefur andoxunar-, bólgueyðandi og öldrunaráhrif, sem geta hjálpað til við að draga úr oxun og bólguviðbrögðum í heilanum og vernda þar með heilsu taugakerfisins. Að auki getur Cistanche deserticola einnig stuðlað að vexti og viðgerð taugafrumna og þannig aukið tengsl og virkni tauganeta. Þessi áhrif geta hjálpað til við að bæta minni, námsgetu og hugsunarhraða og geta einnig komið í veg fyrir þróun vitsmunalegrar truflunar og taugahrörnunarsjúkdóma.

Smelltu á Vita til að bæta skammtímaminni

Þetta er dæmi um ferli sem nefnt er „hitchhiking“, þar sem eitt líffæri sér fyrir hreyfilnum og knýr hreyfingu annars farms sem er ekki hreyfanlegur af sjálfu sér [38.221.222]. Snemma vinna við ER pípuhreyfingar greindust formfræðilega aðgreind hreyfilén á oddum nokkrar hreyfanlegar ER pípur [182.191].

Hins vegar eru skýrar vísbendingar um ljóssmásjárskoðun og DiOC6 merkingu að ER píplar sjálfir geta færst beint meðfram örpíplum, án þess að þurfa að fara á ferðalag með öðru líffæri [19,182,183,190].

Um það bil helmingur Rab5-jákvæðra innkirtla í Cos-7 frumum er tengdur við ER meðan á myndgreiningu stendur [75], og þegar myndað var með lágum rammahraða (1 ramma á 1,5 sekúndu) virtust þau minna hreyfanleg en ER-tengd lýsósóm. [219], og ólíklegri til að valda ER pípluhreyfanleika [26].

Hins vegar, lifandi myndmyndun á þeim hraða rammahraða sem þarf til að fanga hraða, snemmbúna hreyfingu endosomes hefur leitt í ljós að hreyfingar endosomes geta færst í átt að ER píplum, gripið í það og haldið áfram að hreyfa sig og dregið út ER pípla á eftir sér ([74]; mynd 4).

Þar sem snemma innkirtlar færast fyrst og fremst í átt að frumumiðstöðinni, knúin áfram af dyneini [74,223], getur hitchhighhiing á snemma innkirtla verið skýrt frá sumum dyneinháðum ER píplulengingum [20].

Hvernig dynein og kínesín eru safnað í snemma innkirtla, og hlutverk kínesíns-1 í hreyfingu þeirra, er ekki að fullu skilið. Nýlegar rannsóknir benda til þess að 30–50% af ER píplulengingstilvikum sé knúin áfram af því að ferðast á seint innkirtla/lýsósóm. hreyfðust meðfram örpíplum, en 40% pípla hreyfðust sjálfstætt meðfram örpíplum, og afgangurinn var miðlað af TACs ordTACs (sjá hér að neðan) [26,38,219].

Það kemur á óvart að næstum öll ljósósóm voru tengd og flutt með ER netinu [219]. Lýsósóm sem voru teknar af myndum fyrir, meðan á og eftir að hafa farið á ferðalag sást hægja á sér þegar þær voru tengdar við ER píplur [204,219], hugsanlega vegna þess að það var minna viðnám sem vinnur á móti kraftinum sem myndast af ljósósómahreyfingum þegar ekki teygir út ER pípla.

Tvö ER-búsett prótein sem taka þátt í fosfólípíðmyndun, PIS og CEPT1, sem áður hefur verið sýnt fram á að vera á oddum hreyfipípla ásamt Rab10 [7], tengdust LE / lysosome hitchhiking atburðum [26].

Aftur eru dynein og kínesín-1 aðalhreyfarnir sem knýja seint hreyfingu endósóms/lýsósóma áfram, og það eru margar leiðir til að safna þeim og stjórna, sem sumar fela í sér samskipti við bráðamóttökuna (skoðað í [128,129]). Hægt er að fá Dynein með RILP og Rab7 (í viðurvist hátt kólesteróls); ALG2 og TRPML1 (stýrt af PI(3,5)P2 og kalsíum); eða JIP4 og TMEM55B (stuðluð af hungri, sem eykur umritun TMEM55B í gegnum mTORC1) [128,129]. Kinesin-1 er ráðið af SKIP og Arl8 (stjórnað af BORC), eða FYCO1 og Rab7 (stýrt af PI(3)P og felur í sér útskot á ER: sjá hér að neðan), og báðar tengingarnar eru í gegnum KLCs [128,129].

Opin spurning er hvort þessir mörgu kerfi virki samhliða á sama líffæri, eða hvort það sé staðbundið val (td á sérstökum himnuundirlénum), eða að skipta eftir efnaskiptastöðu eða öðrum inntakum.

Ef aðeins 30–50% af ER píplum hreyfast í tengslum við seint endósóm/lýsósóm, hversu mikilvæg er þessi ER hitchhihiing fyrir ER stofnun í heild? Tvær nýlegar rannsóknir hafa sýnt fram á að í Cos-7 frumum að minnsta kosti er svarið-mjög.

Að trufla ER-seint endosomeMCSs með RNAi-miðlaðri eyðingu á VAPA (sem bindur ORP1L við akkeri LE við ERvia Rab7: [128]) truflaði einnig ER formgerð og minnkaði umfang ER pípla og flókið netkerfi, sérstaklega við jaðar [26,219], með niðurfelling allra ER VAP-fjölskyldumeðlima (VAPA, VAPB og MOSPD2) sem gefur sterkari svipgerð [26].

Að auki veitti meðhöndlun hreyfilanna sem eru til staðar á seint innkirtla/lýsósómum gagnleg leið til að koma af stað hreyfingu inn eða út, sem leiddi til minnkunar eða aukningar á útlægum ER píplum [26,219] og netvirkni [26].

Athyglisvert er að eyðing á SKIP eða Arl8 olli miklum breytingum á ER netkerfinu, sem bendir til þess að þetta sé aðalleiðin fyrir kínesín-1 nýliðun fyrir þetta ferli, frekar en protrudin/FYCO1 [219]. Protrudin, afurð ZFYVE27 gensins , er fjölþynnt transmembraneER prótein sem hefur ofgnótt af víxlverkum, bæði á ER og seint endosome.

Á ER binst það ER mótunarpróteinum atlastíni, REEPs 1 og 5, reticulons 1, 3 og 4, og hefur einnig samskipti við VAP í gegnum FFAT mótíf ([224]; skoðað í [225]). Það getur einnig tengst seint innkirtla í gegnum Rab-bindandi lénið sitt, sem binst Rab7-GTP, og FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 og EEA1) léni, sem binst seint endosomally auðgað fosfatidýlinositol 3-fosfat (PI3P) [204.225].

Það sem skiptir sköpum er að það binst einnig öllum KIF5-fjölskyldumeðlimum, þó að víxlverkunin sé sterkust við KIF5A [226], sem er sláandi þar sem bæði protrudin og KIF5A (en ekki KIF5B eða C) geta valdið arfgengri spastískri lömun þegar stökkbreytt er (tafla 1).

Oftjáning á öðru hvoru próteini olli myndun útskota í óskautuðum frumum [226], þar af leiðandi heiti protrudin [225], á meðan siRNA-miðluð eyðing leiddi til stækkunar á CLIMP63-merktum lak-líkum svæðum inn í jaðar frumunnar [224]. Miðað við möguleika protrudins til að bindast seint innkirtla, rannsökuðu Raiborg og félagar hvort það tæki þátt í myndun MCS og komust að því að það var sannarlega raunin [204].

Ennfremur leiddi oftjáning á protrudin til uppsöfnunar seint endosóma/lysósóma við jaðar frumunnar, svipgerð sem áður hafði sést fyrir FYCO1, annað PI3Pand Rab7-bindandi prótein, og sem reyndist hafa samskipti við protrudin [204] .

Með því að ímynda sér FYCO1 og protrudin í lifandi frumum kom í ljós að hreyfanleg FYCO1-jákvæð síðendósóm höfðu samskipti við protrudin á bráðamóttökunni, gerðu hlé eða hægðu á sér á meðan þau gerðu þetta, losnuðu síðan og fóru hraðar af stað. Protrudin binst KIF5 og FYCO1 bindur KLC, og tjáning protrudin jók magn KIF5 sem fannst tengt FYCO1, sem leiðir til líkansins að kínesín berist frá protrudin til FYCO1 á lateendosome meðan á ER-seint endosome tengingu stendur, þannig að virkjar seint innkirtlahreyfingar þegar þeir rofna laus við bráðamóttökuna.

Þó að þetta líkan sé aðlaðandi er þörf á formlegri sönnun. Það sem er þó ljóst er að bæði protrudin og FYCO1 eru mikilvæg fyrir framlengingu axóna [129,195,204,227]. Protrudin og FYCO1-miðluð síðbúin flutningur innkirtla til frumujaðar hefur einnig reynst mikilvæg fyrir myndun invadopodia, þar sem lateendosome skila fylkispróteasanum MT1-MMP fyrir seytingu, sem er nauðsynleg fyrir flutning krabbameinsfrumna [205 ].

Mikilvægt er að seint innkirtla/lýsósóm staða er stjórnað af næringarástandi, eins og kólesteról og amínósýrumagn, sem aftur stjórnar nýliðun eða virkni dynein og kínesíns [128,129,228].

Nýlega hefur verið sýnt fram á að þessi reglugerð hefur mikil áhrif á ER gangverki og dreifingu innan frumunnar [26,219]. Serum sveltist yfir í minna hreyfanlegt ER net og minnkaði seint endosome/lysosome hreyfanleika, sem leiddi til minna flókins ER net í jaðri frumunnar með færri píplumótum [26]. Lu og félagar komust að því að 4 klst svelting í sermi leiddi til síðbúna endósóma/lýsósóma þyrpingar og lækkunar á hlutfalli pípulaga ER, sem og kólesterólauðgunar [219].

Aftur á móti kom 24-klukkutíma hungur eða kólesterólþurrkun af stað útlægri staðsetningu innkirtla án áhrifa á ER píplur [219]. Útstæðan miðluð ER-endósóm/lýsósóm snertileið er einnig undir áhrifum af næringarástandi. Taugafruma ísóform karnitínpalmitóýltransferasa 1, CPT1C, isan ER prótein sem er stjórnað af malonýl-CoA stigum og stökkbreytt í HSP [228].

Nýleg vinna hefur leitt í ljós að CPT1C er nauðsynlegt fyrir réttan vöxt taugafrumna og stjórnar flutningi seint endósóma/lýsósóma til axonoddsins, og þetta þarf getu þess til að bindast malonýl-CoA [228].

Það hefur samskipti við protrudin og tjáning þess í HeLa frumum jók hlutfall út-hreyfanlegra FYCO1-merktra síð innkirtla ef malonyl-CoA var til staðar, en minnkaði hreyfingu niður fyrir viðmiðunargildi ef malonyl-CoA var tæmt.

Hins vegar, ólíkt protrudin, var CPT1C til staðar, en ekki auðgað, í ER–lysosome snertingum, sem bendir til þess að það stjórni protrudin–FYCO1–kinesín-1 víxlverkuninni frekar en að vera beint við það. Höfundarnir benda til þess að í nærveru malonýl-CoA, stuðli CPT1C að flutningi kínesíns-1 frá protrudin til FYCO1 á síðum endósómum/lýsósómum og ýtir þannig undir hreyfingu þeirra út á við í taugafrumum [228].

Hins vegar, eins og nefnt er hér að ofan, krefst þetta kínesínflutningslíkan frekari prófunar. Vitað er að hvatberar hafa mikil samskipti við ER í lifandi frumum [22], og hreyfanlegir hvatberar geta lengt ER pípla [22,38]. ER-tengdir hvatberar eru helst staðbundnir að asetýleruðum örpíplum [22], sem eru ákjósanlegasta leiðin fyrir kínesín-1(td [229]), sem er mótor fyrir bæði hvatbera (td [230]) og ER.

Hvatberar sáust einnig hafa víxlverkun við lýsósóm, og hreyfanlegur leysisómur gæti dregið út pípla úr hvatberanum [38]. Þar sem svipaðar þunnar pípur reyndust teygja sig frá hvatberum á stöðum þar sem ER snertir sig með verkun KIF5B og hvatberaviðtaka hans Miro1 [230], vekur það spurninguna um hvort PDZD8-örvaði þríhliða MCS á milli ER, síð innkirtla , og hvatberar gætu tekið þátt í báðum ferlum.

Hins vegar, þetta flókna samspil stöðvaði frumulíffærin í meginatriðum [126].

MCS eru afar mikilvæg fyrir marga þætti ER virkni, efnaskipti og heildar gangverki. Þetta gerir það krefjandi að túlka breytingar sem sjást í kjölfar tilrauna sem ætlað er að trufla einn þátt MCS virkni.

Dæmi um þetta er tilraunir þar sem Rab7a virkni, sem var þörf fyrir seint innkirtla/lýsósóm MCS, og tók þátt í að ráða bæði kínesín-1 og dynein í innkirtla, var truflað. Rab7a eyðing, eða tjáning á GDP læstu Rab7a, leiddi til uppsöfnunar á CLIMP63-merktum sheetlike ER á jaðri frumunnar og virkjun á ER streituviðbrögðum [231].

Mateus et al.tilgáta að byggingarbreytingar séu af völdum ER streitu, frekar en breytingar á ER gangverki [231]. Reyndar eru margar leiðir þar sem streita getur haft áhrif á MCS og ER (endurskoðað í [85]). Eftirlit með ER streitustigum verður mikilvæg stjórn í framtíðarrannsóknum (td [219]).

3.1.3. Hreyfióháð ER-örpípluvíxlverkun

Það var ljóst af fyrstu rannsóknum að þrjár tegundir af ER-örpíplum milliverkunum eru til: vélknúin flutningur ER pípla, truflanir milliverkanir og festing ERtubules við vaxandi örpíplaodda [23].

Síðarnefnda víxlverkunin knýr framlengingu pípla með myndun „toppfestingarfléttna“, eða TAC, sem fyrst sást í Xenopus eggútdrætti [232]. Í ýmsum ræktuðum frumum sást hreyfiknúin renna ríkjandi yfir TACs og truflanir milli ER pípla enda og örpíplar [20,21,23,38], þó að hlutfallið hafi verið mismunandi milli frumutegunda [21].

TACs samanstanda af transhimnu ER próteininu STIM1 (stromal interaction molecule 1), sem hefur samskipti við MT plús-end-trackingprotein EB1 [21]. STIM1 hefur samskipti við Orai1 við plasmahimnuna við tæmingu á ERkalsíumbirgðum til að leyfa kalsíumflutning utan frumunnar inn í ER (sjá kafla 2.2.5). Athyglisvert er að kveikja á þessu ferli kom í veg fyrir að STIM1 þjórfé rakti [21].

Þó að tilvist TAC hafi ekki breytt hraða vaxtar og rýrnunar á örpíplum, minnkaði það líkurnar á að örpíplarnir gengist undir stórslys (byrja að affjölliða) [232]. Einnig er hægt að stækka ERpípla með því að festast við affjölliða örpípla í gegnum dTAC [38]; samsetning ER dTACs er ekki þekkt. Hvers vegna hafa tvær aðferðir til að flytja ER í átt að jaðri frumunnar?

Þegar um er að ræða Xenopus fósturvísa, þó kínesín-1 sé til staðar í ER, er það ekki virkt fyrr en síðar í þroska [187]. Þess í stað dreifist ER netið um umfrymið með samsettri virkni dyneins sem togar það í átt að kjarnanum og miðlægum og TAC breiðir það út þegar örpíplar pfjölliðast [184]. Í ræktuðum frumum myndu TAC tryggja að ER nær alveg að frumubrúninni.

Aftur á móti, val kínesíns-1 á stöðugum örpíplum sem spor, ef til vill vegna þess að þeir hafa minna MAP7 bundið við yfirborð þeirra, þýðir að það færist illa til enda nýfjölliðaðra örpípla [229].

Sýnt hefur verið fram á mikilvægu hlutverki fyrir STIM1-EB1-miðlaða ER staðsetning í taugafrumum vaxtarkeilum, þar sem STIM1 er nauðsynlegt fyrir stefnu örpípla og ER sem er nauðsynlegt til að vaxtarkeila geti færst í átt að vaxtarþáttarhalla [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com