Переплетені та добре збалансовані: морфологія, динаміка, функції та захворювання ендоплазматичного ретикулуму. Частина 5

3.1.2. MCS-опосередкована ER Dynamics

На додаток до подовження канальців, керованого двигунами безпосередньо на мембрані ER, динаміка ER може бути спричинена контактними ділянками мембрани ER з ранніми та пізніми ендосомами, лізосомами та мітохондріями [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220], які рухаються по мікротрубочках.

Дослідження виявили, що кислотна гідролаза в лізосомах може розщеплювати білки та перетворювати їх на амінокислоти, які можуть використовуватися клітинами для синтезу нових білків. Цей процес важливий для навчання і пам'яті, оскільки синтез білка тісно пов'язаний з формуванням пам'яті.

Крім того, лізосоми також можуть підтримувати клітини здоровими, розщеплюючи поглинені клітинні відходи та шкідливі речовини та видаляючи відходи та токсини з клітин. Цей процес також має вирішальне значення для захисту виживання та функціонування нейронів. Нейрони - це клітини нашого мозку, і вони відіграють життєво важливу роль у процесі навчання та пам'яті. Якщо на нейрони впливають клітинні відходи та шкідливі речовини, їх функція та здатність до виживання будуть серйозно порушені, що вплине на формування та збереження пам’яті.

Тому підтримка функції та здоров’я лізосом має велике значення для покращення пам’яті та захисту виживання та функціонування нейронів. Як зберегти функцію та здоров'я лізосом? Перш за все, нам потрібно звернути увагу на споживання поживних речовин, особливо споживання важливих поживних речовин, таких як білок; по-друге, ми повинні підтримувати достатній сон і займатися спортом; нарешті, нам потрібно уникати шкідливих звичок, таких як не спати допізна, щоб зменшити життєвий стрес і фізичне навантаження.

Таким чином, зв’язок між лізосомами та пам’яттю дуже тісний. Зосереджуючись на підтримці функції та здоров’я лізосом, ми можемо покращити пам’ять і захистити виживання та функцію нейронів, тим самим сприяючи здоров’ю та розвитку організму. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola має антиоксидантну, протизапальну та антистарільну дію, що може допомогти зменшити окислення та запальні реакції в мозку, тим самим захищаючи здоров'я нервової системи. Крім того, Cistanche deserticola також може сприяти росту та відновленню нервових клітин, таким чином покращуючи зв’язок і роботу нейронних мереж. Ці ефекти можуть допомогти покращити пам’ять, здатність до навчання та швидкість мислення, а також можуть запобігти розвитку когнітивної дисфункції та нейродегенеративних захворювань.

Натисніть Знати, щоб покращити короткочасну пам'ять

Це приклад процесу, який називають «автостопом», коли одна органела забезпечує двигун і керує рухом іншого вантажу, який сам по собі не є рухомим [38,221,222]. Ранні дослідження руху канальців ER виявили морфологічно відмінні рухливі домени на кінчиках деякі рухомі канальці ER [182,191].

Проте є чіткі докази, отримані за допомогою мікроскопії в прохідному світлі та мічення DiOC6, що самі канальці ER можуть транслокуватися безпосередньо вздовж мікротрубочок, без необхідності подорожувати автостопом з іншою органелою [19,182,183,190].

Приблизно половина Rab5-позитивних ендосом у Cos-7 клітинах прикріплюється до ER під час візуалізації [75], і при зображенні з низькою частотою кадрів (1 кадр на 1,5 с) видається менш рухливим, ніж ER-асоційовані лізосоми [219], і з меншою ймовірністю спричиняє рухливість канальців ER [26].

Проте візуалізація в реальному часі з високою частотою кадрів, необхідною для фіксації швидкого раннього руху ендосоми, виявила, що рухомі ендосоми можуть переміщатися до канальця ER, захоплювати його та продовжувати рух, витягуючи за собою каналець ER ([74]; рис. 4).

Оскільки ранні ендосоми рухаються в основному до клітинного центру під дією динеїну [74,223], автостоп на ранніх ендосомах може пояснити деякі динеїн-залежні розширення канальців ER [20].

Як динеїн і кінезин залучаються до ранніх ендосом, а також роль кінезину-1 в їхньому русі, до кінця не з’ясовано. Останні дослідження показують, що 30–50% подовжень канальців ER викликані автостопом на пізніх ендосомах/лізосомах рухаючись вздовж мікротрубочок, тоді як 40% канальців рухалися вздовж мікротрубочок незалежно, а решта були опосередковані TACs або TACs (див. нижче) [26,38,219].

Дивно, але майже всі лізосоми були пов’язані з мережею ER і переміщувалися з нею [219]. Було помічено, що лізосоми, зображені до, під час і після подорожі автостопом, уповільнюються, коли вони прикріплені до канальців ER [204, 219], можливо, через те, що було менше опору, що протидіє силі, створюваній лізосомальними моторами, коли канальці ER не розширювалися.

Два ER-резидентних білка, які беруть участь у синтезі фосфоліпідів, PIS і CEPT1, які, як було раніше показано, знаходяться на кінчиках рухомих канальців разом із Rab10 [7], були пов’язані з подіями LE/лізосоми, пов’язаними з автостопом [26].

Знову ж таки, динеїн і кінезин-1 є основними двигунами, що керують рухом пізньої ендосоми/лізосоми, і існує кілька способів їх залучення та контролю, деякі з яких включають взаємодію з ER (переглянуто в [128,129]). Динеїн може бути рекрутований через viaRILP і Rab7 (за наявності високих рівнів холестерину); ALG2 і TRPML1 (регулюються PI(3,5)P2 і кальцієм); або JIP4 і TMEM55B (підтримувані голодуванням, що збільшує транскрипцію TMEM55B через mTORC1) [128,129]. Кінезин-1 рекрутується SKIP і Arl8 (регулюється BORC), або FYCO1 і Rab7 (регулюється PI(3)P і залучає протрудин у ER: див. нижче), і обидва зв’язки здійснюються через KLC [128,129].

Відкритим залишається питання, чи ці численні механізми функціонують паралельно на одній і тій самій органелі, чи існує просторовий відбір (наприклад, на конкретних субдоменах мембрани), чи перемикання залежно від метаболічного статусу чи інших вхідних даних.

Якщо лише 30–50% канальців ER рухаються у зв’язку з пізніми ендосомами/лізосомами, наскільки важливим є цей ER автостоп для організації ER в цілому? Два недавніх дослідження продемонстрували, що принаймні в клітинах Cos-7 відповідь така: дуже.

Порушення ER-пізніх ендосом MCS шляхом RNAi-опосередкованого виснаження VAPA (який зв’язує ORP1L з прив’язкою LE до ERvia Rab7: [128]) також порушувало морфологію ER і зменшувало обсяг канальців ER і складність мережі, особливо на периферії [26,219], з нокдаун усіх членів родини ER VAP (VAPA, VAPB і MOSPD2), що дає сильніший фенотип [26].

Крім того, маніпулювання двигунами, присутніми на пізніх ендосомах/лізосомах, забезпечило корисний засіб запуску руху ендосоми всередину або назовні, що призводило до зменшення або збільшення периферичних канальців ER [26, 219] і динаміки мережі [26].

Цікаво, що вичерпання SKIP або Arl8 спричинило серйозні зміни в мережі ER, що свідчить про те, що це основний шлях для залучення кінезин-1 для цього процесу, а не протрудин/FYCO1 [219]. Протрудин, продукт гена ZFYVE27 , є багатопрохідним трансмембранним білком ER, який має безліч взаємодіючих факторів як в ER, так і в пізніх ендосомах.

У ER він зв’язується з білками, що формують ER, атластином, REEP 1 і 5, ретикулонами 1, 3 і 4, а також взаємодіє з VAP через мотив FFAT ([224]; огляд в [225]). Він також може зв’язуватися з пізніми ендосомами через свій Rab-зв’язуючий домен, який зв’язує Rab7-GTP, і FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 та EEA1) домен, який зв’язується з пізнім ендосомально збагаченим фосфатидилінозитолом 3-фосфат (PI3P) [204,225].

Важливо те, що він також зв’язується з усіма членами родини KIF5, хоча взаємодія найсильніша з KIF5A [226], що вражає, враховуючи, що як протрудин, так і KIF5A (але не KIF5B або C) можуть викликати спадкову спастичну параплегію при мутації (табл. 1).

Надмірна експресія будь-якого білка спричинила утворення виступів у неполяризованих клітинах [226], звідси й назва протрудина [225], тоді як опосередковане siRNA виснаження призвело до розширення листоподібних ділянок, мічених CLIMP63-, на периферію клітини [224]. Враховуючи потенціал протрудина зв’язуватися з пізньою ендосомою, Рейборг та його колеги дослідили, чи він бере участь у формуванні MCS, і виявили, що це дійсно так [204].

Крім того, надмірна експресія протрудину призвела до накопичення пізніх ендосом/лізосом на периферії клітини, фенотипу, який раніше спостерігався для FYCO1, іншого білка, що зв’язує PI3P і Rab7-, і який, як було виявлено, взаємодіє з протрудином [204] .

Уявлення FYCO1 і протрудина в живих клітинах виявило, що рухомі FYCO1-позитивні пізні ендосоми взаємодіяли з протрудином у ER, зупиняючись або сповільнюючи під час цього, а потім від’єднувалися та рухалися швидше. Протрудин зв’язує KIF5 і FYCO1 зв’язує KLC, а експресія протрудина збільшує кількість KIF5, виявленого асоційованого з FYCO1, що призводить до моделі, згідно з якою кінезин передається від протрудина до FYCO1 на пізній ендосомі під час асоціації ER-пізньої ендосоми, таким чином активуючи рух пізньої ендосоми, коли вони розриваються без Швидкої допомоги.

Незважаючи на те, що ця модель є привабливою, потрібні додаткові офіційні докази. Однак очевидно, що і протрудин, і FYCO1 важливі для розширення аксона [129,195,204,227]. Протрудин і FYCO1-опосередкована пізня ендосомна транслокація на периферію клітини також була показана важливою для формування інвадоподії, де пізні ендосоми доставляють матриксну протеазу MT1-MMP для секреції, яка є необхідною для міграції ракових клітин [205]. ].

Важливо, що пізня позиція ендосоми/лізосоми контролюється станом харчування, таким як рівень холестерину та амінокислот, які, у свою чергу, регулюють залучення або активність -1динеїну та кінезину [128,129,228].

Нещодавно було показано, що ця регуляція має значний вплив на динаміку ER та розподіл у клітині [26,219]. Сироватка знижується до менш мобільної мережі ER і знижує рухливість пізніх ендосом/лізосом, що призводить до менш складної мережі ER на периферії клітини з меншою кількістю з’єднань канальців [26]. Lu та його співробітники виявили, що 4-годинне голодування сироватки призвело до пізньої кластеризації ендосом/лізосом і зменшення частки канальцевої ER, як і збагачення холестерину [219].

Навпаки, 24-годинне голодування або виснаження холестерину викликали периферичну локалізацію ендосом без впливу на канальці ER [219]. На контактний шлях ER–ендосома/лізосома, опосередкований протрудином, також впливає стан харчування. Нейрональна ізоформа карнітинпальмітоілтрансферази 1, CPT1C, є білком ER, який регулюється рівнями малоніл-КоА та мутований у HSP [228].

Недавні дослідження показали, що CPT1C необхідний для належного росту нейронів і контролює транспортування пізніх ендосом/лізосом до кінчика аксона, і для цього потрібна його здатність зв’язуватися з малоніл-КоА [228].

Він взаємодіє з протрудином, і його експресія в клітинах HeLa збільшує частку рухомих назовні FYCO1-мічених пізніх ендосом, якщо присутній малоніл-КоА, але зменшує рух до рівня нижче контрольного, якщо малоніл-КоА вичерпується.

Однак, на відміну від протрудину, CPT1C був присутній, але не збагачений, у контактах ER–лізосома, що свідчить про те, що він регулює взаємодію протрудину–FYCO1–кінезин-1, а не бере безпосередню участь. Автори припускають, що в присутності малоніл-КоА CPT1C сприяє перенесенню кінезину -1 від протрудина до FYCO1 на пізніх ендосомах/лізосомах, таким чином сприяючи їх зовнішньому руху в нейронах [228].

Однак, як згадувалося вище, ця модель перенесення кінезину потребує подальшого тестування. Відомо, що мітохондрії інтенсивно взаємодіють з ER у живих клітинах [22], а рухомі мітохондрії можуть розширювати канальці ER [22,38]. ER-асоційовані мітохондрії переважно локалізуються в ацетильованих мікротрубочках [22], які є кращим шляхом для кінезину-1(наприклад, [229]), який є двигуном як для мітохондрій (наприклад, [230]), так і для ER.

Було також помічено, що мітохондрії взаємодіють з лізосомами, і рухома лізосома може витягнути тонку трубочку з мітохондрії [38]. Оскільки було виявлено, що подібні тонкі трубочки відходять від мітохондрій у точках контакту з ER через дію KIF5B та його мітохондріального рецептора Miro1 [230], виникає питання про те, чи індукує PDZD8- тристоронні MCS між ER, пізніми ендосомами , і мітохондрії можуть брати участь в обох процесах.

Однак ця складна взаємодія фактично знерухомила органели [126].

MCS є життєво важливими для багатьох аспектів функції ER, метаболізму та загальної динаміки. Це ускладнює інтерпретацію змін, які спостерігаються після експериментів, спрямованих на порушення одного аспекту функції MCS.

Прикладом цього є експерименти, у яких була порушена функція Rab7a, необхідна для пізньої ендосомно-лізосомної MCS і залучена до рекрутування як кінезину-1, так і динеїну до ендосом. Виснаження Rab7a або експресія Rab7a, заблокованого GDP, призвело до накопичення CLIMP63-міченого листоподібного ER на периферії клітини та активації відповіді на стрес ER [231].

Mateus et al. припускають, що структурні зміни спричинені стресом ER, а не змінами в динаміці ER [231]. Дійсно, існує багато способів, якими стрес може впливати на MCS та ER (переглянуто в [85]). Моніторинг рівня стресу в ER буде важливим контролем у майбутніх дослідженнях (наприклад, [219]).

3.1.3. Моторно-незалежні взаємодії ER-мікротрубочок

З ранніх досліджень було зрозуміло, що існує три типи взаємодії ER-мікротрубочок: моторизована транслокація канальців ER, статична взаємодія та прикріплення ERканальців до кінчиків мікротрубочок, що ростуть [23].

Остання взаємодія сприяє подовженню канальців шляхом утворення «комплексів прикріплення кінчиків» або TAC, які вперше були помічені в екстрактах яєць Xenopus [232]. Було помічено, що в різних культивованих клітинах ковзання, кероване двигуном, переважає над TAC і статичними взаємодіями між канальцями ER. кінчиків і мікротрубочок [20, 21, 23, 38], хоча відсоток різний для різних типів клітин [21].

TAC складаються з трансмембранного білка ER STIM1 (молекула стромальної взаємодії 1), який взаємодіє з білком EB1 MT plus-end-tracking [21]. STIM1 взаємодіє з Orai1 на плазматичній мембрані після виснаження запасів кальцію ER, щоб забезпечити перенесення кальцію ззовні клітини в ER (див. Розділ 2.2.5). Цікаво, що запуск цього процесу запобіг відстеженню кінчика STIM1 [21].

Хоча присутність TAC не змінила швидкість росту та скорочення мікротрубочок, вона зменшила ймовірність того, що мікротрубочка зазнає катастрофи (початок деполімеризації) [232]. ER-канальці також можна подовжити шляхом приєднання до деполімеризуючої мікротрубочки через dTAC [38]; склад dTAC ER невідомий. Навіщо два методи транспортування ER до периферії клітини?

У випадку ембріонів Xenopus, хоча кінезин -1 присутній в ER, він не активний до пізнього розвитку [187]. Натомість мережа ER поширюється по всій цитоплазмі завдяки комбінованій активності динеїну, який тягне її до ядра та центросоми, і TAC, розширюючи її назовні, коли мікротрубочки полімеризуються [184]. У культивованих клітинах TAC забезпечить досягнення ER прямо до краю клітини.

Навпаки, перевага кінезину -1 щодо стабільних мікротрубочок як доріжок, можливо тому, що вони мають меншу кількість MAP7, зв’язаного з поверхнею, означає, що він погано переміщується до кінця щойно полімеризованих мікротрубочок [229].

Була продемонстрована важлива роль опосередкованої STIM{0}}EB1-локалізації ER у конусах росту нейронів, де STIM1 необхідний для орієнтації мікротрубочок і ER, що важливо для руху конуса росту до градієнта фактора росту [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com