Переплетені та добре збалансовані: морфологія, динаміка, функції та захворювання ендоплазматичного ретикулуму. Частина 6

ER також може статично прикріплюватися до мікротрубочок через кінчики канальців, з’єднання або вздовж довжини канальця [187,232]. Статичні зв’язки між ER і мікротрубочками можуть бути утворені раніше згаданими білками CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] і Sec61 [234].

Білок є одним з важливих поживних речовин, необхідних нашому організму. Він допомагає нам будувати та підтримувати структуру тканин тіла, синтезувати ферменти та гормони тощо. Але ви можете не знати, що він також дуже важливий для нашої пам’яті.

Білки є основними одиницями, з яких складаються нейрони та нейромедіатори, які є ключовими структурами нашого мозку для передачі інформації та зберігання пам’яті. Тому білки відіграють життєво важливу роль у мозку.

Багато досліджень показують, що споживання достатньої кількості білка може покращити нашу пам’ять, підвищити фокус і концентрацію, а також допомогти нам краще використовувати та обробляти інформацію.

Білок також може впливати на наш настрій і емоції. У нашому мозку білки можуть посилювати наше відчуття задоволення та емоційну рівновагу, виробляючи такі нейромедіатори, як дофамін і норадреналін.

Крім того, білок може допомогти нам підтримувати здоров’я тіла, а також покращити наш метаболізм і опірність організму хворобам, забезпечуючи таким чином, що ми можемо краще зосереджуватися та обробляти інформацію.

Загалом білок дуже тісно пов’язаний з пам’яттю, настроєм та іншими аспектами. Тому нам слід звернути увагу на збільшення споживання білка, щоб наше тіло та мозок могли отримати належну підтримку та захист, щоб краще використовувати наш інтелект і таланти. Видно, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola також може регулювати баланс нейромедіаторів, наприклад підвищувати рівень ацетилхоліну та факторів росту. Ці речовини дуже важливі для пам'яті та навчання. Крім того, Cistanche deserticola також може покращити кровообіг і сприяти доставці кисню, що може гарантувати, що мозок отримує достатню кількість поживних речовин і енергії, тим самим покращуючи життєздатність і витривалість мозку.

Клацніть знати добавки для покращення пам'яті

Було припущено, що ці зв’язки регулюють напругу та позиціонування мережі ER [235]. Також можливо, що прикріплення ER може стабілізувати мікротрубочки, як це було показано для p180 в аксонах [194].
Однією з проблем оцінки цього є те, що надмірна експресія білка, що зв’язує мікротрубочки, може спричинити стабілізацію (наприклад, [16,234]), яка може не спостерігатися на ендогенних рівнях. Однак цю потенційну взаємність між трубочками та мікротрубочками ER буде важливо враховувати в майбутньому, не в останню чергу тому, що стабілізовані мікротрубочки були б ідеальними шляхами для транспорту кінезин-1 інших канальців ER.

3.1.4. Взаємодія ER з актиновим цитоскелетом

У тваринних клітинах мікротрубочки відіграють домінуючу роль у ремоделюванні ER за допомогою напрочуд різноманітних механізмів, описаних вище, тоді як у рослин, водоростей і деяких грибів рухливість, заснована на актині, є ключовою (переглянуто в [236]).

Цитоплазматичний потік, спрямований потік цитоплазми, керований міозином, також відіграє важливу роль у динаміці ER рослинної клітини [237, 238]. Цікаво, що новий ER і компартмент, пов’язаний з мікротрубочками (EMAC), був ідентифікований у рослинах, які закріплені на мікротрубочках, таким чином опір цьому потоку [239]. Подібним чином спостерігалося, що стабільні трубчасті з’єднання ER асоціюються з мікротрубочками [240].

Дивовижна потреба в закріпленні ER також була помічена у нематод C. elegans, де втрата ER і локалізованого в ядерній оболонці несприну, ANC-1, призводить до неконтрольованого потоку ER, мітохондрій і ліпідних крапель через сили, що виникають під час повзання черв’яка [241]. Однак поки неясно, з чим зв’язується цитоскелетний компонент ANC-1.

У тваринних клітинах рухливість ER, керована міозином V, може сприяти переміщенню ER на короткій відстані (наприклад, [211,242]). Більше того, білки філаміну можуть зв’язувати ER з актином у ембріональних фібробластах миші [243], а взаємодія між ER та актиновими філаментами через myosin1c може стабілізувати листи [188].

Ступінь залежності ER-мережі від актинового цитоскелету відрізняється залежно від типу клітин, оскільки деполімеризація актинових ниток цитохалазином мало впливала на розподіл ER-мережі в клітинах VERO [20], тоді як в епітеліальноподібній клітинній лінії Huh-7, деполімеризація актину призвела до менших, менш поширених листів ER на периферії клітини та нерегулярного розташування ER, з великими областями клітин, позбавленими органоїдів [188].

Крім того, коли мікротрубочки деполімеризовані, повільне, залежне від актину ретракція ER до центру клітини спостерігається в деяких [23,186,244], але не у всіх [20]типах культивованих клітин, що демонструє, що взаємодії ER–актину впливають на морфологію ER. Важливо, що супер Зображення живих клітин із низькою роздільною здатністю виявило незалежне від мікротрубочок розширення ERtubule [38], яке цілком може бути наслідком рухливості на основі актину.

3.2. Коливання мережі

Канальці, з’єднання та листи, які складають ендоплазматичний ретикулум, з часом змінюються. Навіть встановлені елементи мережі, які активно не перебудовуються, не є нерухомими, а радше коливаються навколо певної позиції. Враховуючи складну морфологію та швидку динаміку ER, кількісне визначення руху ER є поточним викликом у цій галузі. Широко визнаним показником динаміки є середньоквадратичне переміщення (MSD).

MSD - це міра того, як очікується, що об'єкт пройде за певний час. Щоб обчислити MSD, спочатку знаходять різницю в положенні між об’єктом у початковий момент часу та об’єктом у пізніший час.

Розглядається кожна пара точок, розділених однаковою різницею в часі (або часом затримки), і середня різниця в положенні для всіх цих пар дає MSD за цей конкретний час затримки. Математично MSD, h∆r2(τ)i, визначається як:

де x(t) і y(t) визначають положення об’єкта в момент часу t, а τ – час затримки. Підгонка закону потужності до MSD дозволяє описати рух як дифузійний, субдифузійний або супердифузійний. Дифузія, або броунівський рух, описує такі процеси, як поступове змішування областей високих і низьких концентрацій для формування рівномірного розподілу. MSD для дифузійного руху слідують за h∆r2(τ)i ∝ τ. Аномальна дифузія — це термін, який використовується для опису випадків, коли МСД не є дифузійним. Супердифузія описує активний транспорт, такий як рух, керований руховими білками, і МСД слідують за h∆r2(τ)i ∝ τ, де 1 < < 2. З іншого боку, субдифузійний рух пов’язаний з рухом у багатолюдному середовищі та призводить до у МСД з показниками < 1.

Шляхом відстеження точок у мережі ER та розрахунку MSD цих траєкторій було з’ясовано інформацію про динаміку окремих компонентів ER. Було виявлено, що з’єднання ER рухаються субдифузійно, залежно від мікротрубочок [245]. Лікування нокодазолом зменшило кількість дифузійних і супердифузійних з’єднань, що вказує на те, що взаємодія з руховими білками може бути причиною спрямованого руху з’єднань. Загалом канальці в мережі ER коливаються субдифузійно із середнім показником MSD 0,5 [25].

Цей результат не узгоджується з теоретичним прогнозом h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 для напівгнучкого полімеру, який термічно коливається у в’язкому середовищі [246]. Ці результати вказують на те, що рух мережі обмежений, що узгоджується з рухом у скупченому середовищі, такому як цитоплазма. Нещодавно також було відстежено повні контури окремих канальців, що призвело до більш детального опису динаміки канальців ER [27]. Розподіл перпендикулярних зміщень від середнього положення хребта канальця знайдено для точок уздовж контуру канальця.

Було розраховано асиметрію, або асиметрію, цих розподілів. Значна асиметрія вказувала на активну, керовану динаміку, тоді як положення з незначною асиметрією описували точки, що термічно коливаються без будь-яких активних впливів. Більшість точок коливалися термічно, однак одна третина відстежуваних точок коливалася активно. Також спостерігалися динамічні звуження та опуклості в діаметрі канальців ЕР [38,181], хоча характеристики цих коливань ще належить проаналізувати поглиблено. В результаті досліджень як MSD, так і контурного відстеження, вважається, що канальці ER загалом коливаються субдифузійно, при цьому активна динаміка іноді виникає вздовж магістралі канальців. Субдифузійні коливання, ймовірно, спричинені рухом і скупченням цитоплазми, тоді як активна динаміка може бути спричинена моторними білками або місцями контакту мембрани з транспортними органелами.

Динаміка листів не вивчена так детально, як динаміка труб. Ймовірно, це пов’язано з труднощами кількісної оцінки руху пластинчастих об’єктів, особливо тих, що знаходяться в живих клітинах. Зокрема, пластинчасті області ER часто розташовані в більш товстих частинах клітини поблизу ядра, в яких розфокусоване світло з інших площин зображення ускладнює зйомку відео, що показує лише один шар листів ER. Навіть незважаючи на чіткі відео, що демонструють листи ER, кількісна оцінка динаміки пластинчастих мембран є складною через відсутність загальноприйнятих методів опису динаміки листів. Двома можливими мірами динаміки листа є швидкість країв листа та коливання листів поза площиною. Наскільки нам відомо, жоден із цих підходів ще не був реалізований для перинуклеарних листів ER in vivo. Були зроблені теоретичні прогнози щодо флуктуацій мембранних листів поза площиною.

Передбачається, що MSD цих хвилястих коливань зростатиме як τ2/3 для вільних мембран і повільніше, як ln(τ), для мембран під напругою [246]. Експериментально в деяких дослідженнях розглядалася динаміка пластинчастого ER на периферії клітини. Йоенсуу та ін. [188] виявили, що розташування та динаміка периферичних листів ER залежать від масивів і фокусів актинових ниток. Було виявлено, що аркуші ER динамічно перебудовуються у відповідь на рух актинових структур. Зникнення актину призвело до того, що листи ER заповнили простір, що залишився позаду, і утворення нових актових структур викликало відкриття фенестрації в листі ER. Була також досліджена динаміка листових країв.

Листи коливалися на невеликій ділянці і не виявляли переваги щодо напрямку в необроблених клітинах. Обробка інгібітором полімеризації актину, латрункуліном A, збільшила латеральний рух листків, а також частку листків, які зазнають поділу, злиття або трансформації в канальці. Дослідження, детально описані в цьому розділі, показують, що коливання встановлених структур у ER є складними та різноманітними , і під впливом багатьох субклітинних органел і процесів. Взаємодія між динамікою ER та динамікою інших субклітинних органел і структур тільки починає розумітися, і найближчим часом очікується плідне дослідження в цій галузі.

3.3. Динаміка мембранних і просвіткових компонентів

Процеси, що здійснюються ER, охоплюють велику кількість трансмембранних і просвітових білків, багато з яких рухаються, шукаючи взаємодіючих партнерів. Динаміка цих білків, а також ліпідів, що утворюють мембрану ER, може впливати на загальну динаміку органели.

Для кількісної оцінки руху ліпідів і білків використовували такі методи флуоресценції, як відстеження окремих частинок (SPT), відновлення флуоресценції після фотовідбілювання (FRAP) і кореляційна спектроскопія флуоресценції (FCS, огляд [247]). Комп’ютерне моделювання також використовувалося для вивчення динаміки об’єктів, вбудованих у мембрани, оскільки вважається, що флуоресцентні зонди, що використовуються для відстеження субклітинних об’єктів, перешкоджають динаміці. Вважається, що високі концентрації флуоресцентного барвника родаміну викликають гідродинамічне гальмування, зменшуючи коефіцієнт дифузії об’єктів, що цікавлять, до 20% [248].

Відомо, що кілька властивостей мембрани впливають на динаміку трансмембранних і люменальних компонентів: ліпідні плоти, концентрація білка, стан згортання білка, цитоскелетні взаємодії та натяг мембрани. Ліпідні рафти – це домени кластеризованих ліпідів і білків, які рухаються всередині подвійного шару [249]. Було виявлено, що дифузія відбувається вдвічі повільніше всередині ліпідних рафтів [250], і ліпіди та білки можуть тимчасово обмежуватися цими плотами, в яких спостерігався утруднений субдифузійний рух [251].

Відомо, що більш високі концентрації білків у ліпідному подвійному шарі також уповільнюють бічну дифузію [252], причому моделювання показало, що латеральна дифузія у дуже скупчених мембранах була 5-10 повільнішою, ніж у розріджених мембранах [253]. Експерименти FCS також показали, що статус згортання трансмембранних білків впливає на їхній рух всередині мембрани ER. Було проаналізовано кілька білків, усі з яких рухалися субдифузійно [254]. Було виявлено, що аномальний показник розгорнутої VSVG нижчий, ніж його складеної форми.

Це підкреслює більш утруднену динаміку розгорнутих білків. Зв’язування калнексину, трансмембранного білка-шаперону, з розгорнутим VSVG викликало збільшення аномального показника так, що рух було неможливо відрізнити від згорнутої форми. Цей результат вказує на те, що калнексин може запобігти утворенню шкідливих нерухомих структур розгорнутих білків. Відомо також, що зіткнення між цитоплазматичними доменами трансмембранних білків і цитоскелетними філаментами уповільнюють латеральний рух у ліпідних подвійних шарах [255], як було показано для рецептора трансферину (TfR) на плазматичній мембрані. За нормальних умов спостерігався повільний, обмежений рух TfR; коли актин деполімеризували латрункуліном, спостерігалася вільна дифузія [256].

Експерименти з фотоактивації в епідермальних клітинах листя тютюну, однак, виявили, що трансмембранні білки в ER демонстрували повільнішу дифузійну динаміку при обробці латрункуліном В порівняно з активною динамікою, яка спостерігалася в необроблених клітинах [257]. Це, швидше за все, пов’язано з керованою міозином реорганізацією ER у клітинах рослин (розділ 3.1.4). Іншим прикладом зміни трансмембранної білкової динаміки під впливом цитоскелетних взаємодій є рух сайтів виходу ER. ERES рухаються субдифузійно вздовж канальців ER у залежний від мікротрубочок спосіб [61,180].

Нижчі аномальні показники та менші коефіцієнти дифузії були виміряні, коли клітини обробляли нокодазолом, що вказує на те, що мікротубулярна активність сприяє динаміці ERES. У моделюванні застосування натягу до мембрани, як це сталося б із руховою активністю, збільшувало коефіцієнти бічної дифузії ліпідів у подвійному шарі, без змінюючи теіраномальозні показники [258]. Аномальні показники були субдифузійними, зі значенням ~0,75, що спостерігалося для всіх натягів мембрани. Також було виявлено, що динаміка залежить від напрямку в комп’ютерному моделюванні.

Відхилення в напрямку, перпендикулярному двошару, виявилися обмеженими, тоді як бічний рух у площині двошару не був [259]. У сукупності ці результати показують, що динаміка мембранних ліпідів і трансмембранних білків є складною і залежить від складу та стан ліпідного шару та при взаємодії з цитоскелетом. Динаміку субстратів у просвіті ЕР також вимірювали експериментально. Трансляційна дифузія білків у просвіті ER була вперше експериментально досліджена за допомогою зеленого флуоресцентного білка (GFP) у 1999 році [260]. Було виявлено, що рух GFP у просвіті ER значно повільніший, ніж у цитоплазмі та мітохондріях.

Було виявлено, що динаміка кальретикуліну, люменального білка-шаперону, залежить від середовища згортання ER [261]. Було виявлено, що в клітинах у стані спокою кальретикулін легко збирає пробу всього ER, тоді як у клітинах з активним метаболізмом спостерігаються повільніші коефіцієнти дифузії. Експерименти з відстеженням окремих частинок показали, що як кальретикулін, так і ER-націлені люменальні білки HaloTag рухаються з меншими швидкостями в ER-з’єднаннях, ніж у канальцях [181]. Швидша популяція була зменшена після виснаження АТФ, що вказує на те, що АТФ-залежна динаміка ER, опосередкована руховим білком, може сприяти динаміці компонентів просвіту. Ця різниця швидкостей між канальцями та з’єднаннями не спостерігалася для трансмембранного шаперону кальнексину.

Обробка клітин Cos-7 латрункуліном B призвела до швидшої динаміки люменального білка, а також видалила N-глікани з цікавих білків [262]. Це дослідження разом з експериментами з використанням TfR, описаними вище [256], вказує на те, що актин може відігравати важливу роль у регулюванні руху білків і ліпідів у просвіті та мембрані ER. Причинно-наслідковий зв’язок між рухом ER і рухом люменальних або пов’язаних з мембраною компонентів ще належить зробити.

Проте було висунуто декілька гіпотез. Георгіадес та ін. припустив, що коливання канальців ER сприяють змішуванню реагентів у просвіті, прискорюючи процеси біосинтезу, що здійснюються в ER [25]. Так само Stadler et al. припускають, що рух ERES викликаний флуктуаціями мережі ER, які сильно залежать від мікротрубочок [180].

Holcman та ін. застосували інший підхід і припустили, що АТФ-залежні скорочення, подібні до перистальтики діаметрів канальців ER, створюють активний транспорт компонентів просвіту [181]. Зрозуміло, що рух ER і динаміка резидентних компонентів ER пов’язані, і вважається, що рух ER підвищує ефективність клітинних процесів, що здійснюються в органели, хоча це ще не підтверджено.

For more information:1950477648nn@gmail.com