Sammenflettet og finbalansert: endoplasmatisk retikulummorfologi, dynamikk, funksjon og sykdommer del 4

3. ER Dynamics

ER er ikke bare kompleks i sin organisasjon, men også i sin bevegelse. Fremskritt i forståelsen av ER-dynamikk har vært langsommere enn ER-morfologi, ettersom smale tubuli og konstant bevegelse og omorganisering av nettverket gjør ER utfordrende å avbilde.

Endoplasmatisk retikulum er et av de viktige organene i cellene og har mange viktige biologiske funksjoner, som proteinsyntese, glykosyleringsreaksjon, lipidsyntese og nedbrytning, ionetransport og lagring osv. I tillegg viser forskning at det også er en nær sammenheng. mellom endoplasmatisk retikulum og hukommelse.

For det første spiller det endoplasmatiske retikulum en svært viktig rolle i å opprettholde normale fysiologiske funksjoner til nevroner. Et stort antall studier har vist at endoplasmatisk retikulum dysfunksjon kan føre til forstyrrelser i utviklingen og modningen av nevroner, og dermed påvirke folks lærings- og hukommelsesevner. Samtidig er det endoplasmatiske retikulum også involvert i den synaptiske plastisiteten til nevroner. Gjennom regulering av omvendt transport og frigjøring av kalsiumion deltar den i dannelsen og vedlikeholdet av synaptisk plastisitet som langsiktig potensering og langvarig depresjon.

For det andre viser forskning at det endoplasmatiske retikulum har som funksjon å regulere nevrotransmisjon. Det endoplasmatiske retikulum påvirker direkte eller indirekte kommunikasjonen mellom nevroner ved å regulere syntesen og transporten av nevrotransmittere. Derfor kan dysfunksjon av det endoplasmatiske retikulum produsere alvorlige nevrotransmitterubalanser, noe som fører til uheldige konsekvenser som hukommelsestap og mental degenerasjon.

Til slutt kan det endoplasmatiske retikulum også syntetisere og lagre store mengder lipider, inkludert sfingomyelin, som kreves av nevroner. Sphingomyelin er ekstremt viktig for å opprettholde stabiliteten og funksjonen til nevroner. Derfor påvirker endoplasmatisk retikulums evne til å regulere sfingomyelin direkte arbeidskvaliteten til hjernen og folks hukommelse.

For å oppsummere er forholdet mellom endoplasmatisk retikulum og hukommelse uadskillelig. Ved å styrke forståelsen og reguleringen av endoplasmatisk retikulums funksjon kan vi bedre beskytte og forbedre folks hukommelse, og dermed forbedre livskvaliteten og læringen. Det kan sees at vi trenger å forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen betydelig fordi Cistanche deserticola er et tradisjonelt kinesisk medisinsk materiale som har mange unike effekter, en av dem er å forbedre hukommelsen. Effekten av Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingrediensene den inneholder, inkludert garvesyre, polysakkarider, flavonoidglykosider, etc. Disse ingrediensene kan fremme hjernens helse gjennom en rekke forskjellige veier.

Klikk på Kjenn korttidsminne hvordan du kan forbedre

ER-dynamikk i pattedyrceller kan kategoriseres i tre typer: oscillasjonen av etablerte nettverkselementer; dynamikken til partikler i ER-lumen eller membran; og generering av nye nettverkselementer (se figur 3).

Hensikten med ER-dynamikken er fortsatt uklar, men den dominerende teorien er at oscillasjoner akselererer prosessene som utføres i ER ved å lette bevegelsen av lumenale og transmembrane partikler [25,180,181].

3.1. Cytoskjelettkontroll av ER-dynamikk

ER omorganiserer stadig sin romlige organisasjon. Den imponerende dynamikken til ER ble observert i levende dyrkede CV1-celler [182], newt-lungeceller [23] og vekstkjegler i dyrkede nevroner [183] ​​lenge før oppdagelsen av grønt fluorescerende protein (GFP), ved bruk av det lipofile fargestoffet DiOC6.

Nye rør kan trekkes ut fra det eksisterende nettverket og smeltes sammen til nærliggende rør eller kryss for å skape nye forbindelser, og nettverkspolygoner kan dannes og forsvinne ([182]; figur 4). Denne mikrotubuli-motordrevne bevegelsen er beskrevet i avsnitt 3.1.1. Andelen av nettverket i ark og rør kan også endre seg dynamisk.

ER-ark omorganiseres til tubuli når ribosomer fjernes fra overflaten med puromycin [45]. Som beskrevet nedenfor kan hemming av mikrotubulusbasert rørbevegelse igjen øke andelen arklignende områder. Inntreden i mitose har blitt rapportert å utløse arkekspansjon [37,43,184], selv om andre studier har vist forbedret mitotisk tubulasjon [45] som er drevet av REEPs 3 og 4 [185].

Slik dynamisk omorganisering kan hjelpe organellen til å prøve cellevolumet raskt [1] og reagere på endringer i cellebehov og ernæringsstatus (avsnitt 3.1.3).

ER-assosierte mikrotubulimotorer er ikke de eneste måtene ER interagerer med cytoskjelettet på, og i de følgende avsnittene beskriver vi hvordan tubuli også kan utvides ved interaksjoner med voksende mikrotubuli via spissfestekomplekser (TACs) og ved assosiasjon med bevegelige MCS-er.

Statiske interaksjoner av ER-tubuli med mikrotubuli og rollen som aktincytoskjelettet spiller er også skissert.

3.1.1. Microtubule Motors Driver ER Dynamics

Tidlige studier ved bruk av DiOC6 viste at ER-tubuli i celleperiferien ofte samordnet tett med mikrotubuli [23,183,186], som bekreftet i mange påfølgende studier (f.eks. [21,38,187]).

Ringomorganisering og tubuliforgrening forekommer også i forbindelse med mikrotubuli [38]. Depolymeriseringen av mikrotubuli hemmet fullstendig ER-tubuli og nettverksdynamikk i VERO-celler [20] økte mengden av ER i arklignende strukturer og reduserte det rørformede nettverket [20,37,38,186,188].

Levende celler med superoppløsning har vist at disse arkene består av en blanding av morfologier, inkludert tykke ark, tynnere ark som inneholder nanohull og tette rørformede nettverk [33], noe som tyder på at mikrotubuli ikke bare kontrollerer posisjonen til ER-nettverket, men også bidrar til den detaljerte organiseringen av ER-membrandomener.

Direkte visualisering av ER-lignende tubuli som strekker seg langs mikrotubuli kom først fra in vitro-analyser ved bruk av ekstrakter fra CV1-celler [189] eller interfase Xenopus-egg [190] hvor videoforsterket differensiell interferenskontrastmikroskopi avslørte membranrørløs glidning langs mikrotubuli. Xenopus-nettverkene ble vist å være ER ved antistoffmerking og tilstedeværelsen av polysomer på membranoverflaten [19].

Motilitet brakte tubuli i kontakt med hverandre, noe som resulterte i tubulifusjon [19,20,189] som var atlastinavhengig [184]. I tillegg dannet både glatt og grov ER fra rottelever bevegelige nettverk når de ble kombinert med interfase Xenopus eggcytosol, noe som demonstrerer bevaring av motilitet på tvers av arter og membranfusjon [191]. Imidlertid, hvis konsentrasjonen av membranen er høy nok in vitro, kan et ER-tubulinettverk dannes i fravær av mikrotubuli [192].

Den motordrevne glidningen av ER-tubuli langs mikrotubuli har siden blitt visualisert mange ganger ved bruk av fluorescensmikroskopi (f.eks. [20–22,38]). Siden mikrotubuli er orientert i de fleste dyrkede ikke-nevronale celler med sine dynamiske "pluss"-ender mot celleperiferi, rask utadgående ER-tubuli-glidning krever aplus-ende-rettet mikrotubulimotor. Grunnleggeren av kinesin-superfamilien, kinesin-1, er ansvarlig for denne motiliteten [20,193,194].

Hemming av kinesin-1 hemmet ikke bare utadgående tubulibevegelse, men økte også andelen ER-arkregioner i celleperiferien [20]. Gitt at arklignende områder kan bestå av enten akkumulerte fine rørformede nettverk [34] eller ark som inneholder nanohull [33], vil det være interessant å se om disse arkene samsvarer med begge typer struktur, eller om det er en blanding av morfologier, som sett etter nocodazolbehandling [33].

Mest kinesin-1 i dyreceller istetramerisk, bestående av to identiske motoriske (KIF5) underenheter og to identiske KLC-er [195]. Virveldyr uttrykker tre KIF5-gener: KIF5B uttrykkes allestedsnærværende, mens KIF5A og C er nevronalt beriket. Vi kommer tilbake til KIF5A senere siden mutasjoner forårsaker nevrodegenerative sykdommer (tabell 1) [195]. Det er fire KLC-gener, med KLC-er 1, 2 og 4 som uttrykkes bredt.

KLC1 ​​eksisterer i flere vekselvis spleisede former, med KLC1B som kreves for ER-motilitet [20,193]. Et viktig utestående spørsmål er identiteten til kinesin-1-reseptoren i ER. Flere kandidater har blitt foreslått, men det er forbehold med alle av dem. Det kan være forskjellige reseptorer i nevronale vs. ikke-nevronale celler, og i forskjellige vev. Kinectin ble identifisert ved hjelp av et funksjonsblokkerende monoklonalt antistoff [196] og binder til KIF5 C-terminalen [197].

Kinectin har vært involvert i reguleringen av fokaladhesjonsdynamikk under kjemotaksi ved å fremme ER-målretting til fokale adhesjoner ved cellens forkant [198,199].

Interessant nok er Rab18 nødvendig for denne prosessen og danner et ternært kompleks med kinektin og kinesin-1 [198]. Kinectin knock-out mus hadde imidlertid ingen fenotype, med normal ER (og andre organeller) fordeling i KO MEFs [200].

Videre, i dyrkede nevroner, strekker ER seg langs aksoner, men kinektin observeres bare i cellekroppen [194], i tråd med dens foreslåtte rolle i å opprettholde ER-arkavstand [13].

Likevel reduserte siRNA-uttømmingen av kinektin ER-nettverksdynamikken i Cos-7-celler [26]. Spennende nok er Rab10 også involvert i å regulere ERtubule-dannelse [7] og har blitt rapportert å danne et kompleks med JIP1, en nevronalt uttrykt kinesin-adapter, og KLC1, for å fremme transporten av sekretoriske vesikler under neuronal polarisering og aksonvekst [201].

Hvorvidt dette komplekset er involvert i ERtubule-forlengelse i nevroner, og om Rab18-kinectin-KIF5B-komplekset er nødvendig for ER-tubule-forlengelse i ikke-migrerende celler, er åpne spørsmål. En annen kandidat ER-kinesin-1-reseptor er p180 , som deler homologi med kinectin'skinesin-1-bindende domene [202], og som, i likhet med kinectin, også har blitt lokalisert til sentrale arkområder i ikke-nevronale celler [13,16,194].

 I dyrkede nevroner lokaliserte p180 imidlertid ikke bare til ark i cellekroppen, men også til tubuli i aksoner, men ikke dendritter [194], alokalisering i samsvar med KIF5-binding. Imidlertid vil den sannsynligvis fungere som et forankring mellom ER og mikrotubuli i stedet for som en kinesin-1-reseptor (se avsnitt 3.1.3). Det er ytterligere to kandidater for kinesinreseptorer.

Protrudin (gennavn ZFYVE27) er et ER-resident kinesinbindende protein med en nøkkelrolle å spille i å generere motil lateendosom-ER MCS-motilitet, som beskrevet i avsnitt 3.1.2. Imidlertid er det uttrykt ved svært lave nivåer (uoppdaget i HeLa-celleproteomet [203]), og mens uttømmingen med siRNA fører til sen endosomklyngning ved cellesenteret [204,205], er det ikke klart hvilken effekt dette har på ER-distribusjonen.

Til slutt har det ER-lokaliserte transmembrane DNA-J-domeneproteinet B14 vist seg å samhandle med KIF5B for å generere et sted for SV40-virusfrigjøring fra ER [206], men dets involvering i normal ER-dynamikk gjenstår å bli testet.

Gitt at ER strekker seg utover fra kjernefysiske konvolutten mot celleperiferien, var et uventet funn at ER-tubuli beveget seg mot mikrotubuli minusender i interfase Xenopus eggekstrakter, drevet av dynein [19,184,190,207,208].

Dette passer med kravet om dynein ved kjernefysisk konvolutt for å drive pronukleær migrasjon, som kan rekonstitueres i disse ekstraktene [209]. Imidlertid fortsatte utelukkende dynein-drevet ER-motilitet selv i ekstrakter laget av embryoer etter den femte celledelingen: kinesinavhengig ER-bevegelse ble bare sett når cytosol fra en rumpetrollcellelinje ble brukt [187].

Nyere arbeid har gitt en tilfredsstillende forklaring på dette fenomenet [210]: det perinukleære bassenget av ER som akkumuleres på grunn av dyneinaktivitet er nødvendig for å sette sammen de store kjernene som er sett i tidlige embryoer (kråkebolle- og Xenopus-embryoer i denne studien).

Videre reduserte det å uttrykke ytterligere retikulon 4b størrelsen på kjerner, antagelig ved å redusere dannelsen av ER-arkregioner [210]. Xenopus eggekstrakter har også avslørt cellesyklusavhengige endringer i ER-dynamikk, med dynein-drevet bevegelse hemmet i metafase-arresterte ekstrakter [184 190 207] mens myosin V-drevet ERmotilitet på aktinfilamenter ble aktivert [211].

ER-ark akkumulerte [184], som har blitt rapportert i mitotiske HeLa-celler [37], selv om andre studier motsier dette [45,185]. Dynein er ikke bare en viktig ER-motor i embryonale celler. Rundt halvparten av raske ER-tubulusbevegelser i VERO-celler skjedde mot cellesenteret og var dynein-drevet [20].

Videre førte hemmingen av dynein til en dyp akkumulering av ER-ark i celleperiferien uten å påvirke utover, kinesin-drevet bevegelse [20]. Tilsvarende driver både dynein og kinesin-1 ER-tubulusmotiliteten i aksoner [194] og dendritter [212,213] av dyrkede hippocampale nevroner fra gnagere. Foreløpig har ikke reseptoren for dyneinon ER blitt identifisert i noe system, i motsetning til ERES (avsnitt 2.2.2).

Et siste eksempel på mikrotubuli-motordrevet bevegelse som involverer ER er gitt av kjernefysisk migrasjon og posisjonering. I tillegg til den pronukleære migrasjonen nevnt ovenfor, koordinerer kinesin og dynein kjernefysisk posisjonering i mange forskjellige situasjoner, for eksempel under nevronal kjernefysisk migrasjon under hjerneutvikling [214] og kjernefysisk bevegelse i mange stadier av C. elegans utvikling [215].

Dynein ved den nukleære konvolutten er viktig for sentrosomseparasjon i sen G2/profase og letter nuklearenvelope-fragmentering (gjennomgått i [216]). Kinesin -1 er også involvert i sentrosom og kjernefysisk posisjonering i ikke-polariserte celler, hvor det rekrutteres til kjernefysisk konvolutt av RanBP2 og BICD2 [217].

Interessant nok er nesprin 4 spesifikt uttrykt ved den ytre nukleære konvolutten i polarisert epitel, hvor den rekrutterer kinesin-1 som deretter translokerer kjernen til cellens base [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com