Sammenflettet og finbalansert: endoplasmatisk retikulummorfologi, dynamikk, funksjon og sykdommer del 6

ER kan også festes statisk til mikrotubuli, enten via tubulispisser, koblinger, oralt langs tubuliens lengde [187,232]. Statiske koblinger mellom ER og mikrotubuli kan dannes av de tidligere nevnte proteinene CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] og Sec61 [234].

Protein er et av de viktige næringsstoffene som er nødvendige for kroppen vår. Det hjelper oss med å bygge og vedlikeholde kroppens vevsstruktur, syntetisere enzymer og hormoner osv. Men det du kanskje ikke vet er at det også er veldig viktig for hukommelsen vår.

Proteiner er de grunnleggende enhetene som utgjør nevroner og nevrotransmittere, som er nøkkelstrukturer i hjernen vår for informasjonsoverføring og minnelagring. Derfor spiller proteiner en viktig rolle i hjernen.

Mange studier viser at å spise nok protein kan forbedre hukommelsen vår, øke fokus og konsentrasjon, og hjelpe oss å bedre utnytte og behandle informasjon.

Protein kan også påvirke humøret og følelsene våre. I hjernen vår kan proteiner øke vår følelse av nytelse og følelsesmessig balanse ved å produsere nevrotransmittere som dopamin og noradrenalin.

I tillegg kan protein hjelpe oss å opprettholde en sunn kropp, og forbedre stoffskiftet og kroppens sykdomsresistens, og dermed sikre at vi bedre kan fokusere og behandle informasjon.

Generelt er protein veldig nært knyttet til hukommelse, humør og andre aspekter. Derfor bør vi være oppmerksomme på å øke proteininntaket for å sikre at kroppen og hjernen vår kan motta tilstrekkelig støtte og beskyttelse, for bedre å utnytte vår intelligens og talenter. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balansen av nevrotransmittere, som å øke nivåene av acetylkolin og vekstfaktorer. Disse stoffene er svært viktige for hukommelse og læring. I tillegg kan Cistanche deserticola også forbedre blodstrømmen og fremme oksygentilførsel, noe som kan sikre at hjernen får tilstrekkelig med næringsstoffer og energi, og dermed forbedre hjernens vitalitet og utholdenhet.

Klikk vet kosttilskudd for å forbedre hukommelsen

Disse koblingene har blitt antatt å regulere ER-nettverksspenning og posisjonering [235]. Det er også mulig at ER-feste kan stabilisere mikrotubuli, som har blitt sett for p180 i aksoner [194].
Et problem med å vurdere dette er at overekspresjon av et mikrotubulibindende protein kan forårsake stabilisering (f.eks. [16,234]) som kanskje ikke sees på endogene nivåer. Imidlertid vil denne potensielle gjensidigheten mellom ER-tubuli og mikrotubuli være viktig å vurdere i fremtiden, ikke minst fordi stabiliserte mikrotubuli vil være ideelle spor for kinesin-1-transport av andre ER-tubuli.

3.1.4. ER-interaksjoner med Actin-cytoskjelettet

I dyreceller spiller mikrotubuli den dominerende rollen i ombyggingen av ER via de overraskende varierte mekanismene beskrevet ovenfor, mens i planter, alger og noen sopp er aktinbasert motilitet nøkkelen (gjennomgått i [236]).

Cytoplasmatisk streaming, den myosindrevne retningsstrømmen av cytoplasmaet, spiller også en rolle i plantecelle-ER-dynamikken [237,238]. Interessant nok er et nytt ER- og mikrotubule-assosiert kammer (EMAC) identifisert i planter som er forankret på mikrotubuli, og dermed motstå denne strømmen [239]. På samme måte har stabile rørformede ER-kryss også blitt observert å assosiere med mikrotubuli [240].

Et overraskende behov for å forankre ER har også blitt sett i C. elegans nematoder, hvor tapet av en ER og kjernekappelokalisert nesprin, ANC-1, fører til ukontrollert strømning av ER, mitokondrier og lipiddråper pga. krefter generert når ormen kryper [241]. Det er imidlertid ennå ikke klart hvilken cytoskjelettkomponent ANC-1 binder seg til.

I dyreceller kan myosin-V-drevet ER-motilitet bidra til kortdistanse-ER-bevegelse (f.eks. [211,242]). Videre kan filaminproteiner binde ER til aktin i museembryonale fibroblaster [243] og interaksjoner mellom ER og aktinfilamenter via myosin1c kan stabilisere ark [188].

Graden av avhengighet av ER-nettverket til aktincytoskjelettet er forskjellig mellom celletyper, siden depolymerisering av aktinfilamenter med cytochalasin hadde liten effekt på ER-nettverksdistribusjonen i VERO-celler [20], mens i den epitellignende cellelinjen Huh-7, Aktin-depolymerisering resulterte i mindre, mindre rikelig ER-ark ved celleperiferien og uregelmessig ER-posisjonering, med store regioner av cellene blottet for organellen [188].

Videre, når mikrotubuli depolymeriseres, sees en langsom, aktinavhengig tilbaketrekking av ER mot cellesenteret i noen [23 186 244] men ikke alle [20] dyrkede celletyper, noe som viser at ER-aktin-interaksjoner påvirker ER-morfologien. -oppløsning live-cell imaging har avslørt mikrotubule-uavhengig ERtubule forlengelse [38], som godt kan skyldes aktin-basert motilitet.

3.2. Nettverkssvingninger

Tubulene, knutepunktene og arkene som utgjør det endoplasmatiske retikulum svinger over tid. Selv de etablerte elementene i nettverket som ikke omorganiseres aktivt, er ikke stasjonære, men svinger rundt en posisjon. Gitt den komplekse morfologien og den raske dynamikken til ER, er kvantifisering av ER-bevegelse en aktuell utfordring i feltet. Et allment akseptert mål på dynamikk er gjennomsnittlig kvadratforskyvning (MSD).

MSD er et mål på hvor langt et objekt forventes å reise over en spesifisert tid. For å beregne MSD, blir først forskjellen i posisjon mellom objektet på et første tidspunkt og objektet på et senere tidspunkt funnet.

Hvert poengpar atskilt med samme tidsforskjell (eller ettersleptid) vurderes, og den gjennomsnittlige posisjonsforskjellen for alle disse parene gir MSD på den aktuelle ettersleptiden. Matematisk er MSD, h∆r2(τ)i, definert som:

hvor x(t) og y(t) gir posisjonen til objektet på tidspunktet t og τ er ettersleptiden. Ved å tilpasse en kraftlov til MSD kan bevegelsen beskrives som diffusiv, sub-diffusiv eller super-diffusiv. Diffusjon, eller Brownsk bevegelse, beskriver prosesser som gradvis blanding av områder med høye og lave konsentrasjoner for å danne en jevn fordeling. MSD-er for diffus bevegelse følger h∆r2(τ)i ∝ τ. Anomal diffusjon er begrepet som brukes for å beskrive tilfeller der MSD ikke er diffusiv. Super-diffusjon beskriver aktiv transport, slik som motorproteindrevet bevegelse, og MSD-ene følger h∆r2(τ)i ∝ τ hvor 1 < < 2. På den annen side er sub-diffusiv bevegelse assosiert med bevegelse i et overfylt miljø og resultater i MSD med eksponenter < 1.

Ved å spore punkter i ER-nettverket og beregne MSD-ene til disse banene, har informasjon om dynamikken til individuelle komponenter i ER blitt belyst. ER-kryss har vist seg å bevege seg sub-diffusivt, på en mikrotubulusavhengig måte [245]. Nocodazolbehandling reduserte antallet diffusive og superdiffusive knutepunkter, noe som indikerer at interaksjoner med motorproteiner kan være årsaken til den rettede knutepunktbevegelsen. Tubuler i ER-nettverket oscillerer sub-diffusivt generelt, med en gjennomsnittlig MSD-eksponent på 0.5 [25].

Dette resultatet er i strid med den teoretiske forutsigelsen av h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 for semi-fleksible polymersoscillerende termisk i et viskøst medium [246]. Disse resultatene indikerer at bevegelsen av nettverket er begrenset, noe som er i samsvar med bevegelse i et overfylt miljø som cytoplasma. Nylig har de fullstendige konturene til individuelle tubuli også blitt sporet, noe som resulterer i en mer detaljert beskrivelse av ER tubuli dynamikk [27]. Fordelingene av perpendikulære forskyvninger fra den gjennomsnittlige tubuli-ryggradsposisjonen ble funnet for punkter langs tubulikonturen.

Asymmetrien, eller skjevheten, til disse fordelingene ble beregnet. Betydelig skjevhet indikerte aktiv, drevet dynamikk, mens posisjoner med ubetydelig skjevhet beskrev punkter som svingte termisk, uten noen aktiv påvirkning. Flertallet av punktene svingte termisk, men en tredjedel av de sporede punktene svingte aktivt. Dynamiske innsnevringer og buler i diameteren til ER-tubuli har også blitt observert [38 181], selv om egenskapene til disse svingningene ennå ikke er analysert i dybden. Som et resultat av både MSD- og kontursporingsstudiene, antas ER-tubuli å svinge sub-diffusivt generelt, med aktiv dynamikk som forekommer av og til langs tubuli-ryggraden. De sub-diffusive fluktuasjonene er sannsynligvis forårsaket av bevegelse og opphopning av cytoplasma, mens aktiv dynamikk kan være forårsaket av motorproteiner eller membrankontaktsteder med menneskehandelsorganeller.

Arkdynamikk er ikke studert så detaljert som rørdynamikk. Dette er sannsynligvis på grunn av vanskeligheten med å kvantifisere bevegelsen til lamellære objekter, spesielt de i levende celler. Spesielt er lamellære områder av ER ofte lokalisert i de tykkere delene av cellen nær kjernen, der ufokusert lys fra andre bildeplan gjør det vanskelig å ta en video som viser bare ett lag med ER-ark. Selv med klare videoer som viser ER-ark, er det utfordrende å kvantifisere dynamikken til lamellære membraner på grunn av mangelen på aksepterte metoder for å beskrive arkdynamikken. To mulige mål for arkdynamikk er hastigheten til arkkantene og fluktuasjonene til arkene utenfor planet. Så vidt vi vet, har ingen av disse tilnærmingene ennå blitt implementert for perinukleære ER-ark in vivo. Teoretiske spådommer er gjort for svingninger utenfor planet av membranplater.

MSD av disse bølgene er spådd å øke asτ2/3 for frie membraner og langsommere, som ln(τ), for membraner under spenning [246]. Eksperimentelt har noen studier vurdert dynamikken til lamellær ER ved celleperiferien. Joensuu et al. [188] oppdaget at plasseringen og dynamikken til perifere ER-ark er avhengig av aktinfilamentarrayer og foci. ER-ark ble funnet å omorganisere dynamisk som svar på bevegelsen av aktinstrukturer. Forsvinningen av aktin førte til at ER-ark fylte ut plassen som ble etterlatt, og dannelsen av nye aktinstrukturer forårsaket åpningen av en fenestrasjon i et ER-ark. Dynamikken til arkkanter ble også studert.

Ark fluktuerte i et lite område og viste ingen preferanse for retning i ubehandlede celler. Behandling med aktinpolymerisasjonshemmeren, latrunculinA, økte den laterale bevegelsen av ark samt andelen ark som gjennomgikk fisjon, fusjon eller transformasjoner til tubuli. Studiene som er beskrevet i denne delen viser at svingningene til etablerte strukturer i ER er komplekse, varierte , og påvirket av mange subcellulære organeller og prosesser. Samspillet mellom ER-dynamikk og dynamikken til andre subcellulære organeller og strukturer begynner bare å bli forstått, og fruktbar forskning på dette området forventes snart.

3.3. Dynamikken til membran- og lumenalkomponenter

Prosessene som utføres av ER involverer en overflod av transmembrane og lumenale proteiner, hvorav mange beveger seg for å oppsøke interagerende partnere. Dynamikken til disse proteinene, så vel som lipidene som danner ER-membranen, kan påvirke den generelle dynamikken til organellen.

Fluorescensteknikker som enkeltpartikkelsporing (SPT), fluorescensgjenoppretting etter fotobleking (FRAP) og fluorescenskorrelasjonsspektroskopi (FCS, gjennomgått i [247]) har blitt brukt for å kvantifisere lipid- og proteinbevegelse. Datasimuleringer har også blitt brukt til å studere dynamikken til objekter innebygd i membraner, ettersom fluorescerende prober som brukes til å spore subcellulære objekter antas å hindre dynamikk. Høye konsentrasjoner av det fluorescerende fargestoffet Rhodamine er foreslått å forårsake hydrodynamisk drag, som reduserer diffusjonskoeffisienten til objektene av interesse med opptil 20 % [248].

Det er kjent at flere membranegenskaper påvirker dynamikken til transmembrane og lumenale komponenter: lipidflåter, proteinkonsentrasjon, proteinfoldingsstatus, cytoskjelettinteraksjoner og membranspenning. Lipidflåter er domener av klyngede lipider og proteiner som beveger seg innenfor dobbeltlaget [249]. Diffusjon ble funnet å være tregere med en faktor på to innenfor lipidflåter [250], og lipider og proteiner kan forbigående begrenses til disse flåtene, der en hindret, sub-diffusiv bevegelse ble observert [251].

Høyere konsentrasjoner av proteiner i lipid-dobbeltlaget er også kjent for å bremse lateral diffusjon [252], med simuleringer som konkluderte med at lateral diffusjon i svært overfylte membraner var en faktor 5-10 langsommere enn i fortynnede membraner [253]. FCS-eksperimenter viste også at foldestatusen til transmembrane proteiner påvirker deres bevegelse i ER-membranen. Flere proteiner ble analysert, som alle ble funnet å bevege seg sub-diffusivt [254]. Den anomale eksponenten for utfoldet VSVG ble funnet å være lavere enn det av sin foldede form.

Dette fremhever den mer hindrede dynamikken til utfoldede proteiner. Bindingen av calnexin, et transmembran chaperone-protein, til ufoldet VSVG forårsaket en økning i den uregelmessige eksponenten slik at bevegelsen ikke kunne skilles fra den foldede formen. Dette resultatet indikerer at calnexin kan forhindre dannelsen av skadelige immobile strukturer av utfoldede proteiner. Kollisjoner mellom de cytoplasmatiske domenene til transmembranproteiner og cytoskjelettfilamenter er også kjent for å bremse lateral bevegelse i lipid-dobbeltlag [255], som vist for transferrinreseptor (TfR) ved plasmamembranen. Under normale forhold ble langsom, begrenset bevegelse av TfR observert; når aktin ble depolymerisert med latrunkulin, ble fri diffusjon observert [256].

Fotoaktiveringseksperimenter i tobakksbladepidermale celler fant imidlertid at transmembranproteiner i ER viste langsommere, diffusiv dynamikk når de ble behandlet med latrunculin B sammenlignet med den aktive dynamikken observert i ubehandlede celler [257]. Dette skyldes mest sannsynlig den myosindrevne omorganiseringen av ER i planteceller (avsnitt 3.1.4). Et annet eksempel på at transmembranproteindynamikk blir endret av cytoskjelettinteraksjoner er bevegelsen til ER-utgangssteder. ERESFlytt sub-diffusivt langs ER-tubuli på en mikrotubuli-avhengig måte [61,180].

Lavere anomale eksponenter og mindre diffusjonskoeffisienter ble målt når cellene ble behandlet med nokodazol, noe som indikerer at mikrotubulær aktivitet fremmer ERES-dynamikk. I simuleringer, påføring av spenning på membranen, som ville skje med motorisk aktivitet, økte de laterale diffusjonskoeffisientene til lipider i dobbeltlaget, uten endre deres anomale eksponenter [258]. De anomale eksponentene var sub-diffusive, med en verdi på ~0.75 observert for alle membranspenninger. Dynamikken ble også funnet å være avhengig av retningen i datasimuleringer.

Avvik i retningen vinkelrett på dobbeltlaget ble funnet å være begrenset, mens sidebevegelse i dobbeltlagets plan ikke var [259]. Sammenlagt viser disse resultatene at dynamikken til membranlipider og transmembranproteiner er kompleks og avhenger av sammensetningen og tilstanden til lipiddobbeltlaget, og ved interaksjoner med cytoskjelettet. Dynamikken til substrater i lumen til ER har også blitt målt eksperimentelt. Translasjonsdiffusjon av proteiner i lumen til ER ble først eksperimentelt utforsket ved bruk av grønt fluorescerende protein (GFP) i 1999 [260]. Bevegelsen av GFP i ER-lumen ble funnet å være betydelig langsommere enn i cytoplasma og i mitokondrier.

Dynamikken til calreticulin, et lumenalt chaperoneprotein, ble funnet å avhenge av foldemiljøet til ER [261]. I hvilende celler ble det funnet at calreticulin enkelt kunne prøve hele ER, mens langsommere diffusjonskoeffisienter ble observert i aktivt metaboliserende celler. Enkeltpartikkelsporingseksperimenter viste at både calreticulin og ER-målrettede lumenale HaloTag-proteiner beveget seg med langsommere hastigheter ved ER-kryss enn i tubuli [181]. Den raskere populasjonen ble redusert etter ATP-uttømming, noe som indikerer at den ATP-avhengige motorproteinmedierte dynamikken til ER kan bidra til dynamikken til lumenale komponenter. Denne hastighetsforskjellen mellom tubuli og koblinger ble ikke observert for transmembran chaperone calnexin.

Behandling av Cos-7-celler med latrunkulin B førte til raskere lumenal proteindynamikk, i tillegg til å fjerne N-glykaner fra proteinene av interesse [262]. Denne studien, sammen med eksperimentene med TfR beskrevet ovenfor [256], indikerer at aktin kan spille en viktig rolle som styrer bevegelsen til proteiner og lipider i lumen og membranen til ER. En årsakssammenheng mellom bevegelsen til ER og bevegelsen av lumenale eller membranbundne komponenter er ennå ikke laget.

Imidlertid har flere hypoteser blitt foreslått. Georgiades et al. foreslått at oscillasjonene til ER-tubuli fremmer blandingen av reaktanter i lumen, og fremskynder de biosyntetiske prosessene som utføres i ER [25]. Tilsvarende har Stadler et al. tyder på at bevegelsen til ERES er forårsaket av ERnetwork-svingninger, som er sterkt mikrotubuli-avhengige [180].

Holcman et al. ta en annen tilnærming og foreslå at ATP-avhengige peristaltikklignende sammentrekninger i ERtubule-diametre genererer aktiv transport av lumenale komponenter [181]. Det er tydelig at bevegelsen til ER og dynamikken til ER-residente komponenter er knyttet sammen, og det antas at bevegelsen til ER øker effektiviteten til cellulære prosesser utført i organellen, selv om dette ennå ikke er bekreftet.

For more information:1950477648nn@gmail.com