Испреплетени и фино избалансирани: морфологија ендоплазматског ретикулума, динамика, функција и болести, 5. део

3.1.2. МЦС-посредована ЕР Динамицс

Поред проширења тубула које покреће мотор директно на ЕР мембрани, ЕРдинамика може бити узрокована контактним местима ЕР мембране са раним и касним ендозомима, лизозомима и митохондријама [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] који се крећу дуж микротубула.

Истраживања су открила да кисела хидролаза у лизозомима може разградити протеине и претворити их у аминокиселине, које ћелије могу користити за синтезу нових протеина. Овај процес је важан за учење и памћење, јер је синтеза протеина уско повезана са формирањем памћења.

Поред тога, лизозоми такође могу да одржавају ћелије здравим тако што разбијају захваћени ћелијски отпад и штетне супстанце и уклањају отпад и токсине из ћелија. Овај процес је такође критичан за заштиту опстанка и функције неурона. Неурони су наше мождане ћелије и играју виталну улогу у процесу учења и памћења. Ако су неурони погођени ћелијским отпадом и штетним супстанцама, њихова функција и способност преживљавања биће озбиљно угрожени, што утиче на формирање и задржавање памћења.

Стога је одржавање функције и здравља лизозома од великог значаја за побољшање памћења и заштиту опстанка и функције неурона. Како одржати функцију и здравље лизозома? Пре свега, треба да обратимо пажњу на унос хранљивих материја, посебно на унос важних хранљивих материја као што су протеини; друго, потребно је да одржавамо адекватан сан и вежбање; коначно, треба да избегавамо лоше животне навике као што је остајање до касно да бисмо смањили животни стрес и физички терет.

Укратко, однос између лизозома и памћења је веома близак. Фокусирајући се на одржавање лизозомске функције и здравља, можемо побољшати памћење и заштитити опстанак и функцију неурона, чиме промовишемо здравље и развој тела. Види се да морамо побољшати памћење, а Цистанцхе десертицола може значајно побољшати памћење, јер Цистанцхе десертицола има антиоксидативна, антиинфламаторна и анти-агинг ефекта, што може помоћи у смањењу оксидације и инфламаторних реакција у мозгу, чиме се штити здравље нервног система. Поред тога, Цистанцхе десертицола такође може да подстакне раст и поправку нервних ћелија, чиме се побољшава повезаност и функција неуронских мрежа. Ови ефекти могу помоћи у побољшању памћења, способности учења и брзине размишљања, а такође могу спречити развој когнитивне дисфункције и неуродегенеративних болести.

Кликните на Знај да бисте побољшали краткорочно памћење

Ово је пример процеса који се назива 'стопирањем', где једна органела обезбеђује мотор и покреће кретање другог терета који сам по себи није покретан [38,221,222]. Рани рад на кретању ЕР тубула идентификовао је морфолошки различите покретне домене на врховима неке покретне ЕР тубуле [182,191].

Међутим, постоје јасни докази из микроскопије трансмитоване светлости и обележавања ДиОЦ6 да сами ЕР тубули могу да се транслоцирају директно дуж микротубула, без потребе за стопирањем са другом органелом [19,182,183,190].

Отприлике половина Раб{0}}позитивних ендозома у Цос-7 ћелијама је везана за ЕР током снимања [75], а када се слика при малим брзинама кадрова (1 кадар у 1,5 с) изгледало је мање покретно од лизозома повезаних са ЕР [219], а мање је вероватно да ће изазвати покретљивост ЕР тубула [26].

Међутим, снимање уживо при великом брзином кадрова потребним за снимање брзог раног покрета ендозома је открило да се ендозоми у покрету могу транслоцирати према ЕР тубулу, зграбити га и наставити да се креће, извлачећи ЕР тубул иза себе ([74]; Слика 4).

Како се рани ендозоми крећу првенствено ка ћелијском центру, вођени динеином [74,223], стопирање на раним ендозомима може представљати неке од продужетака ЕР тубула зависних од динеина [20].

Како се динеин и кинезини регрутују у ране ендозоме и улога кинезина-1 у њиховом кретању, није у потпуности схваћено. Недавни радови сугеришу да је 30–50% догађаја проширења тубула ЕР изазвано стопирањем на касним ендозомима/лизозомима крећући се дуж микротубула, док се 40% тубула кретало дуж микротубула независно, а остатак је био посредован ТАЦ-овима или дТАЦ-има (види доле) [26,38,219].

Изненађујуће, скоро сви лизозоми су били повезани и премештени са ЕР мрежом [219]. Видело се да лизозоми који су снимљени пре, током и после аутостопирања успоравају када су причвршћени за ЕР тубуле [204,219], вероватно зато што је било мање отпора које је супротставило силу коју стварају лизозомални мотори када се не продужава ЕР тубул.

Два ЕР резидентна протеина укључена у синтезу фосфолипида, ПИС и ЦЕПТ1, за које је раније показано да се налазе на врховима покретних тубула заједно са Раб10 [7], били су повезани са догађајима ЛЕ/лизозома [26].

Опет, динеин и кинезин-1 су главни мотори који покрећу касно кретање ендозома/лизозома, и постоји више начина на које се регрутују и контролишу, од којих неки укључују интеракцију са ЕР (прегледано у [128,129]). Динеин се може регрутовати преко РИЛП-а и Раб7 (у присуству високог нивоа холестерола); АЛГ2 и ТРПМЛ1 (регулишу ПИ(3,5)П2 и калцијум); или ЈИП4 и ТМЕМ55Б (подстакнути гладовањем, што повећава транскрипцију ТМЕМ55Б преко мТОРЦ1) [128,129]. Кинезин-1 регрутују СКИП и Арл8 (регулише БОРЦ), или ФИЦО1 и Раб7 (регулише ПИ(3)П и укључује протрудин на ЕР: видети доле), а обе везе су преко КЛЦ [128,129].

Отворено је питање да ли ови вишеструки механизми функционишу паралелно на истој органели, или постоји просторна селекција (нпр. на специфичним мембранским поддоменима), или пребацивање у зависности од метаболичког статуса или других инпута.

Ако се само 30–50% ЕР тубула креће заједно са касним ендозомима/лизозомима, колико је ово аутостопирање важно за организацију хитне помоћи уопште? Две недавне студије су показале да је барем у ћелијама Цос{2}} одговор – веома.

Ометање ЕР-касних ендозомаМЦС-а РНАи посредованим осиромашењем ВАПА-е (које везује ОРП1Л за причвршћивање ЛЕ за ЕРвиа Раб7: [128]) такође је пореметило ЕР морфологију и смањио обим ЕР тубула и сложеност мреже, посебно на периферији [26,219] нокдаун свих чланова породице ЕР ВАП (ВАПА, ВАПБ и МОСПД2) дајући јачи фенотип [26].

Поред тога, манипулисање моторима присутним на касним ендозомима/лизозомима обезбедило је користан начин покретања покрета ендозома ка унутра или напоље, што је довело до смањења или повећања периферних ЕР тубула [26,219] и динамике мреже [26].

Занимљиво је да је исцрпљивање СКИП или Арл8 изазвало велике промене у ЕР мрежи, што сугерише да је ово главни пут за регрутовање кинезина-1 за овај процес, а не протрудин/ФИЦО1 [219]. Протрудин, производ гена ЗФИВЕ27, , је мултиспанинг трансмембранеЕР протеин који има мноштво интерактора, како на ЕР тако и на касним ендосомима.

Код ЕР се везује за атластин који обликује ЕР протеине, РЕЕП 1 и 5, ретикулоне 1, 3 и 4, а такође ступа у интеракцију са ВАП преко ФФАТ мотива ([224]; прегледано у [225]). Такође се може везати за касне ендозоме преко свог Раб-везујућег домена, који везује Раб7-ГТП, и ФИВЕ(Фаб-1, ИГЛ023, Впс27 и ЕЕА1) домена, који се везује за касно ендосомално обогаћени фосфатидилинозитол 3-фосфат (ПИ3П) [204,225].

Оно што је најважније, он се такође везује за све чланове породице КИФ5, иако је интеракција најјача са КИФ5А [226], што је упадљиво с обзиром на то да и протрудин и КИФ5А (али не КИФ5Б или Ц) могу изазвати наследну спастичну параплегију када су мутирани (Табела 1).

Прекомерна експресија било ког протеина је изазвала формирање избочина у неполаризованим ћелијама [226], отуда и име протрудина [225], док је осиромашење посредовано сиРНА довело до експанзије ЦЛИМП63-обележених региона налик листовима на периферију ћелије [224]. С обзиром на потенцијал протрудина да се веже за касни ендосом, Раиборг и сарадници су истражили да ли је он био укључен у формирање МЦС и открили да је то заиста случај [204].

Штавише, прекомерна експресија протрудина је довела до акумулације касних ендозома/лизозома на периферији ћелије, што је фенотип који је раније примећен за ФИЦО1, други протеин који везује ПИ3Панд Раб{2}}, и за који је откривено да реагује са протрудином [204] .

Замишљање ФИЦО1 и протрудина у живим ћелијама открило је да су покретни ФИЦО{1}}позитивни латеендосоми ступили у интеракцију са протрудином у ургентном центру, паузирајући или успоравајући док су то радили, а затим су се одвајали и брже померали. Протрудин се везује за КИФ5 и ФИЦО1 везује КЛЦ, а експресија протрудина је повећала количину КИФ5 пронађену повезаног са ФИЦО1, што доводи до модела да се кинезин преноси са протрудина на ФИЦО1 на латеендосому током ЕР-касног повезивања ендосома, тако да активира касно кретање ендосома када се покида без хитне помоћи.

Иако је овај модел привлачан, потребан је формалнији доказ. Оно што је јасно јесте да су и протрудин и ФИЦО1 важни за проширење аксона [129,195,204,227]. Протрудин и ФИЦО{5}}посредована касна транслокација ендозома на периферију ћелије такође се показала важном за формирање инвадоподије, где латеендосоми испоручују матриксну протеазу МТ1-ММП за секрецију, што је неопходно за миграцију ћелија рака [205 ].

Важно је да је касна позиција ендозома/лизозома контролисана нутритивним статусима, као што су нивои холестерола и аминокиселина, који заузврат регулишу регрутовање или активност динеина и кинезина{0}} [128,129,228].

Недавно се показало да ова регулација има велики утицај на динамику и дистрибуцију ЕР унутар ћелије [26,219]. Изгладњивање серума је довело до мање покретне ЕР мреже и смањене покретљивости касног ендозома/лизозома, што је довело до мање сложене ЕР мреже на периферији ћелије са мање спојева тубула [26]. Лу и сарадници су открили да је 4 сата гладовања у серуму довело до касног груписања ендозома/лизозома и смањења удела тубуларног ЕР, као и обогаћивање холестеролом [219].

Насупрот томе,24-сатно гладовање или смањење холестерола изазвало је периферну локализацију ендозома без утицаја на ЕР тубуле [219]. На контактни пут ЕР–ендосом/лизозом посредован протрудином такође утиче нутритивни статус. Неуронска изоформа карнитин палмитоилтрансферазе 1, ЦПТ1Ц, је ЕР протеин који је регулисан нивоима малонил-ЦоА и мутиран у ХСП [228].

Недавни радови су открили да је ЦПТ1Ц неопходан за правилан раст неурона и контролише транспорт касних ендозома/лизозома до врха аксона, а за то је потребна његова способност да се веже за малонил-ЦоА [228].

Он ступа у интеракцију са протрудином и експресијом у ХеЛа ћелијама повећава се удео касних ендозома обележених ФИЦО1-напоље ако је малонил-ЦоА био присутан, али је смањено кретање на испод контролних нивоа ако је малонил-ЦоА исцрпљен.

Међутим, за разлику од протрудина, ЦПТ1Ц је био присутан, али није обогаћен, на контактима ЕР-лизозома, што сугерише да регулише интеракцију протрудин-ФИЦО1-кинезин-1 уместо да буде директно укључен. Аутори сугеришу да у присуству малонил-ЦоА, ЦПТ1Ц промовише пренос кинезина-1 са протрудина на ФИЦО1 на касним ендозомима/лизозомима, чиме се промовише њихово спољашње кретање у неуронима [228].

Међутим, као што је горе поменуто, овај модел преноса кинезина захтева даље тестирање. Познато је да митохондрије у великој мери интерагују са ЕР у живим ћелијама [22], а покретне митохондрије могу да продуже ЕР тубуле [22,38]. Митохондрије повезане са ЕР су првенствено локализоване на ацетиловане микротубуле [22], које су пожељна стаза за кинезин-1(нпр., [229]), који је мотор и за митохондрије (нпр. [230]) и за ЕР.

Такође је примећено да митохондрије ступају у интеракцију са лизозомима, а покретни лизозом би могао да извуче танки тубул из митохондрија [38]. Како је откривено да се сличне танке тубуле протежу из митохондрија на тачкама контакта ЕР путем деловања КИФ5Б и његовог митохондријалног рецептора Миро1 [230], поставља се питање да ли је ПДЗД8-индуковао тросмерни МЦС између ЕР, касних ендосома , а митохондрије би могле бити укључене у оба процеса.

Међутим, ова сложена интеракција је у суштини имобилисала органеле [126].

МЦС су од виталног значаја за многе аспекте ЕР функције, метаболизма и укупне динамике. Ово чини изазовним тумачење промена уочених након експеримената дизајнираних да поремете један аспект функције МЦС.

Ово је илустровано експериментима у којима је функција Раб7а-потребна за касни ендозом/лизозомски МЦС и укључена у регрутовање и кинезина-1 и динеина у ендозоме била поремећена. Деплеција Раб7а, или експресија Раб7а закључаног ГДП-а, довела је до акумулације ЦЛИМП63-обележеног ЕР у облику листова на периферији ћелије и активације ЕР одговора на стрес [231].

Матеус и сарадници претпостављају да су структурне промене узроковане стресом ЕР, а не променама у динамици ЕР [231]. Заиста, постоји много начина на које стрес може утицати на МЦС и ЕР (прегледано у [85]). Праћење нивоа стреса ЕР ће бити важна контрола у будућим студијама (нпр. [219]).

3.1.3. Мотор-независне ЕР-микротубулске интеракције

Из раних студија је било јасно да постоје три врсте интеракција ЕР-микротубула: моторно вођена транслокација ЕР тубула, статичке интеракције и везивање ЕРтубула за растуће врхове микротубула [23].

Последња интеракција покреће проширење тубула путем формирања 'комплекса за причвршћивање врха', или ТАЦ-а, први пут уочених у екстрактима јаја Ксенопус [232]. У различитим култивисаним ћелијама, клизање које покреће мотор преовлађује у односу на ТАЦ и статичке интеракције између ЕР тубула врхове и микротубуле [20,21,23,38], иако се проценат разликовао између типова ћелија [21].

ТАЦ се састоје од трансмембранског ЕР протеина СТИМ1 (молекул стромалне интеракције 1), који је у интеракцији са МТ плус-енд-трацкинг протеином ЕБ1 [21]. СТИМ1 ступа у интеракцију са Ораи1 на плазма мембрани након исцрпљивања залиха ЕРкалцијума да би омогућио трансфер калцијума изван ћелије у ЕР (видети одељак 2.2.5). Занимљиво је да је покретање овог процеса спречило праћење СТИМ1 врха [21].

Иако присуство ТАЦ-а није променило брзину раста и скупљања микротубула, смањило је вероватноћу да ће микротубуле бити подвргнуте катастрофи (почиње да се деполимеризује) [232]. ЕРтубуле се такође могу проширити везивањем за деполимеризујућу микротубулу преко дТАЦ-а [38]; састав ЕР дТАЦ-а није познат. Зашто постоје две методе за транспорт ЕР ка периферији ћелије?

У случају ембриона Ксенопус, иако је кинезин-1 присутан у ЕР, он није активан све до каснијег развоја [187]. Уместо тога, ЕР мрежа се дистрибуира кроз цитоплазму путем комбиноване активности динеина повлачећи га ка језгру и центрозому, и ТАЦ-а који га протеже ка споља док се микротубуле полимеризују[184]. У култивисаним ћелијама, ТАЦ би обезбедили да ЕР достигне право до ивице ћелије.

Насупрот томе, кинезин{0}} преферира стабилне микротубуле као трагове, можда зато што имају мање МАП7 везан за њихову површину, значи да се слабо транслоцира до краја новополимеризованих микротубула [229].

Важна улога за СТИМ{{0}ЕБ1-посредовану локализацију ЕР-а је демонстрирана у неуронским конусима раста, где је СТИМ1 потребан за оријентацију микротубула и ЕР-а који је од суштинског значаја да се конус раста креће ка градијенту фактора раста [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com