Îmbinate și fin echilibrate: morfologia, dinamica, funcția și bolile reticulului endoplasmatic Partea 6

ER se poate atașa, de asemenea, static la microtubuli, fie prin vârfuri, joncțiuni sau pe lungimea tubului [187,232]. Legăturile statice dintre ER și microtubuli pot fi formate de proteinele menționate anterior CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] și Sec61 [234].

Proteinele sunt unul dintre nutrienții importanți necesari organismului nostru. Ne ajută să construim și să menținem structura țesuturilor organismului, să sintetizăm enzime și hormoni etc. Dar ceea ce poate nu știți este că este foarte important și pentru memoria noastră.

Proteinele sunt unitățile de bază care formează neuronii și neurotransmițătorii, care sunt structuri cheie din creierul nostru pentru transmiterea informațiilor și stocarea memoriei. Prin urmare, proteinele joacă un rol vital în creier.

Multe studii arată că consumul de proteine ​​​​ne poate îmbunătăți memoria, ne poate crește concentrarea și ne poate ajuta să utilizăm și să procesăm mai bine informațiile.

Proteinele ne pot afecta, de asemenea, starea de spirit și emoțiile. În creierul nostru, proteinele ne pot crește sentimentul de plăcere și echilibrul emoțional prin producerea de neurotransmițători precum dopamina și norepinefrina.

În plus, proteinele ne pot ajuta să menținem un organism sănătos și să ne îmbunătățim rata metabolică și rezistența organismului la boli, asigurându-ne astfel că ne putem concentra și procesa mai bine informațiile.

În general, proteinele sunt foarte strâns legate de memorie, starea de spirit și alte aspecte. Prin urmare, ar trebui să acordăm atenție creșterii aportului de proteine ​​pentru a ne asigura că corpul și creierul nostru pot primi sprijin și protecție adecvată, pentru a ne folosi mai bine inteligența și talentele. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria, deoarece Cistanche deserticola poate regla și echilibrul neurotransmițătorilor, cum ar fi creșterea nivelului de acetilcolină și a factorilor de creștere. Aceste substanțe sunt foarte importante pentru memorie și învățare. În plus, Cistanche deserticola poate, de asemenea, să îmbunătățească fluxul sanguin și să promoveze livrarea de oxigen, ceea ce poate asigura că creierul primește suficiente nutrienți și energie, îmbunătățind astfel vitalitatea și rezistența creierului.

Faceți clic pe cunoașteți suplimentele pentru a îmbunătăți memoria

S-a presupus că aceste legături reglează tensiunea și poziționarea rețelei ER [235]. De asemenea, este posibil ca atașarea ER să stabilizeze microtubulii, așa cum s-a observat pentru p180 în axoni [194].
O problemă în evaluarea acestui lucru este că supraexpresia unei proteine ​​de legare a microtubulilor poate provoca stabilizarea (de exemplu, [16,234]) care ar putea să nu fie observată la niveluri endogene. Cu toate acestea, această potențială reciprocitate între tubulii ER și microtubulii va fi important de luat în considerare în viitor, nu în ultimul rând pentru că microtubulii stabilizați ar fi piste ideale pentru transportul kinezinei-1 al altor tubuli ER.

3.1.4. Interacțiuni ER cu citoscheletul de actină

În celulele animale, microtubulii joacă rolul dominant în remodelarea ER prin mecanismele surprinzător de variate descrise mai sus, în timp ce în plante, alge și unele ciuperci, motilitatea pe bază de actină este cheia (revizuită în [236]).

Fluxul citoplasmatic, fluxul direcțional al citoplasmei condus de miozină, joacă, de asemenea, un rol în dinamica ER a celulelor vegetale [237,238]. Interesant, un nou ER și un compartiment asociat microtubulilor (EMAC) a fost identificat la plantele care sunt ancorate pe microtubuli, prin urmare rezistând acestui flux [239]. În mod similar, joncțiunile tubulare stabile ER s-au observat, de asemenea, asociate cu microtubuli [240].

O nevoie surprinzătoare de ancorare a ER a fost observată și la nematozii C. elegans, unde pierderea unui ER și a nesprinului localizat în anvelopa nucleară, ANC-1, duce la fluxul necontrolat al ER, mitocondriilor și picăturilor de lipide din cauza forțele generate ca viermele târâtoare [241]. Cu toate acestea, nu este încă clar la ce componentă citoscheletică se leagă ANC-1.

În celulele animale, motilitatea ER condusă de miozină V poate contribui la mișcarea ER la distanță scurtă (de exemplu, [211,242]). În plus, proteinele filaminice pot lega ER de actină în fibroblastele embrionare de șoarece [243] și interacțiunile dintre ER și filamentele de actină prin miozin1c pot stabiliza foile [188].

Gradul de dependență al rețelei ER pe citoscheletul de actină diferă între tipurile de celule, deoarece depolimerizarea filamentelor de actină cu citocalazină a avut un efect redus asupra distribuției rețelei ER în celulele VERO [20], în timp ce în linia celulară asemănătoare epiteliului Huh-7, Depolimerizarea actinei a dus la foi mai mici, mai puțin abundente de ER la periferia celulei și poziționarea neregulată a ER, cu regiuni mari ale celulelor lipsite de organele [188].

În plus, atunci când microtubulii sunt depolimerizați, se observă o atracție lentă, dependentă de actină, a ER către centrul celulei la unele [23,186,244], dar nu la toate [20]tipuri de celule cultivate, demonstrând că interacțiunile ER-actină influențează morfologia ER. Important, super Imagistica cu celule vii cu rezoluție a evidențiat extensia ERtubulilor independentă de microtubuli [38], care se poate datora motilității bazate pe actină.

3.2. Fluctuațiile rețelei

Tubulii, joncțiunile și foile care alcătuiesc reticulul endoplasmatic fluctuează în timp. Chiar și elementele stabilite ale rețelei care nu sunt rearanjate activ nu sunt staționare, ci mai degrabă oscilează în jurul unei poziții. Având în vedere morfologia complexă și dinamica rapidă a ER, cuantificarea mișcării ER este o provocare curentă în domeniu. O măsură larg acceptată a dinamicii este deplasarea medie pătrată (MSD).

MSD este o măsură a cât de departe este de așteptat să parcurgă un obiect într-un anumit timp. Pentru a calcula MSD-ul, în primul rând se găsește diferența de poziție dintre obiectul la un moment inițial și obiectul la un moment ulterior.

Fiecare pereche de puncte separate de aceeași diferență de timp (sau timp de întârziere) este luată în considerare, iar diferența medie de poziție pentru toate aceste perechi dă MSD-ul la acel moment de întârziere. Matematic, MSD, h∆r2(τ)i, este definită ca:

unde x(t) și y(t) dau poziția obiectului la momentul t și τ este timpul de întârziere. Acordarea unei legi de putere la MSD permite ca mișcarea să fie descrisă ca difuzivă, subdifuzivă sau superdifuzivă. Difuzia sau mișcarea browniană descrie procese precum amestecarea treptată a regiunilor cu concentrații mari și scăzute pentru a forma o distribuție uniformă. MSD-urile pentru mișcarea difuzivă urmează h∆r2(τ)i ∝ τ. Difuziunea anormală este termenul folosit pentru a descrie cazurile în care MSD nu este difuzivă. Superdifuzia descrie transportul activ, cum ar fi mișcarea condusă de proteine ​​motorii, iar MSD-urile urmează h∆r2(τ)i ∝ τ unde 1 < < 2. Pe de altă parte, mișcarea subdifuzivă este asociată cu mișcarea într-un mediu aglomerat și rezultate. în AMS cu exponenți < 1.

Prin urmărirea punctelor din rețeaua ER și calculând MSD-urile acestor traiectorii, au fost elucidate informații despre dinamica componentelor individuale ale ER. S-a descoperit că joncțiunile ER se mișcă subdifuziv, într-o manieră dependentă de microtubuli [245]. Tratamentul cu nocodazol a redus numărul de joncțiuni difuzive și superdifuzive, indicând faptul că interacțiunile cu proteinele motorii pot fi cauza mișcării joncțiunii direcționate. Tubulii din rețeaua ER oscilează subdifuziv în general, cu un exponent mediu MSD de 0.5 [25].

Acest rezultat este în neconcordanță cu predicția teoretică a h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 pentru polimeri semi-flexibili care oscilează termic într-un mediu vâscos [246]. Aceste rezultate indică faptul că mișcarea rețelei este constrânsă, ceea ce este în concordanță cu mișcarea într-un mediu aglomerat, cum ar fi citoplasma. Recent, contururile complete ale tubilor individuali au fost, de asemenea, urmărite, rezultând o descriere mai detaliată a dinamicii tubilor ER [27]. Distribuțiile deplasărilor perpendiculare din poziția medie a coloanei vertebrale a tubului au fost găsite pentru punctele de-a lungul conturului tubului.

S-a calculat asimetria sau asimetria acestor distribuții. O asimetrie semnificativă a indicat dinamica activă, condusă, în timp ce pozițiile cu asimetrie neglijabilă au descris puncte care oscilează termic, fără influențe active. Majoritatea punctelor au oscilat termic, cu toate acestea, o treime din punctele urmărite au fluctuat activ. S-au observat, de asemenea, constricții dinamice și umflături în diametrul tubilor ER [38,181], deși caracteristicile acestor oscilații nu au fost încă analizate în profunzime. Ca rezultat atât al studiilor MSD, cât și al urmăririi conturului, se crede că tubulii ER oscilează subdifuziv în general, dinamica activă aparând ocazional de-a lungul coloanei vertebrale a tubului. Fluctuațiile subdifuzive sunt probabil cauzate de mișcarea și aglomerarea citoplasmei, în timp ce dinamica activă poate fi cauzată de proteinele motorii sau locurile de contact ale membranei cu organele de trafic.

Dinamica foii nu a fost studiată atât de detaliat ca dinamica tubulară. Acest lucru se datorează probabil dificultății de a cuantifica mișcarea obiectelor lamelare, în special a celor din celulele vii. În special, regiunile lamelare ale ER sunt adesea situate în părțile mai groase ale celulei din apropierea nucleului, în care lumina nefocalizată de la alte planuri de imagistică face captarea unui videoclip care arată doar un strat de foi ER. Chiar și cu videoclipuri clare care arată foile ER, cuantificarea dinamicii membranelor lamelare este o provocare din cauza lipsei de metode acceptate pentru a descrie dinamica foilor. Două măsuri posibile ale dinamicii foii sunt viteza marginilor foii și fluctuațiile în afara planului foilor. Din cunoștințele noastre, niciuna dintre aceste abordări nu a fost încă implementată pentru foile ER perinucleare in vivo. S-au făcut predicții teoretice pentru fluctuațiile în afara planului foilor de membrană.

Se prevede că MSD-ul acestor ondulații va crește asτ2/3 pentru membranele libere și mai lent, ca ln(τ), pentru membranele sub tensiune [246].Experimental, unele studii au luat în considerare dinamica ER lamelară la periferia celulei. Joensuu și colab. [188] au descoperit că locația și dinamica foilor periferice ER depind de matricele și focarele de filamente de actină. S-a descoperit că foile ER se rearanjează dinamic ca răspuns la mișcarea structurilor actinei. Dispariția actinei a dus la umplerea foilor ER în spațiul lăsat în urmă și formarea de noi actinstructuri a determinat deschiderea unei fenestrari într-o foiță ER. S-a studiat și dinamica marginilor foilor.

Foile au fluctuat într-o zonă mică și nu au arătat nicio preferință pentru direcția în celulele netratate. Tratamentul cu inhibitorul de polimerizare a actinei, latrunculină A, a crescut mișcarea laterală a foilor, precum și proporția de foi supuse fisiune, fuziune sau transformări în tubuli. Studiile detaliate în această secțiune arată că fluctuațiile structurilor stabilite în cadrul RE sunt complexe, variate. și influențat de multe organele și procese subcelulare. Interacțiunea dintre dinamica ER și dinamica altor organele și structuri subcelulare abia începe să fie înțeleasă și sunt așteptate în curând cercetări fructuoase în acest domeniu.

3.3. Dinamica componentelor membranare și lumenale

Procesele efectuate de ER implică o abundență de proteine ​​transmembranare și lumenale, dintre care multe se deplasează pentru a căuta parteneri care interacționează. Dinamica acestor proteine, precum și lipidele care formează membrana ER, pot afecta dinamica generală a organitelor.

Tehnicile de fluorescență, cum ar fi urmărirea unei singure particule (SPT), recuperarea fluorescenței după fotoalbire (FRAP) și spectroscopia de corelație a fluorescenței (FCS, revizuit în [247]) au fost utilizate pentru a cuantifica mișcarea lipidelor și proteinelor. Simulările pe computer au fost, de asemenea, folosite pentru a studia dinamica obiectelor încorporate în membrane, deoarece sondele fluorescente utilizate pentru urmărirea obiectelor subcelulare se consideră că împiedică dinamica. Concentrațiile ridicate de colorant fluorescent Rodamină sunt propuse pentru a provoca forțare hidrodinamică, scăzând coeficientul de difuzie al obiectelor de interes cu până la 20% [248].

Se știe că mai multe proprietăți ale membranei influențează dinamica componentelor transmembranare și lumenale: plute lipidice, concentrația proteinelor, starea de pliere a proteinelor, interacțiunile citoscheletice și tensiunea membranei. Plutele lipidice sunt domenii de lipide și proteine ​​grupate care se mișcă în stratul dublu [249]. Sa constatat că difuzia este mai lentă cu un factor de doi în cadrul plutelor lipidice [250], iar lipidele și proteinele pot deveni limitate temporar la aceste plute, în care a fost observată o mișcare subdifuzivă împiedicată [251].

Concentrațiile mai mari de proteine ​​din stratul dublu lipidic sunt, de asemenea, cunoscute că încetinesc difuzia laterală [252], simulările concluzionând că difuzia laterală în membranele foarte aglomerate a fost un factor cu 5-10 mai lentă decât în ​​membranele diluate [253]. Experimentele FCS au arătat, de asemenea, că starea de pliere a proteinelor transmembranare afectează mișcarea acestora în membrana ER. Au fost analizate mai multe proteine, toate acestea se mișcă subdifuziv [254]. Exponentul anormal al VSVG desfășurat s-a dovedit a fi mai mic decât acesta. a formei sale pliate.

Acest lucru evidențiază dinamica mai obstrucționată a proteinelor desfășurate. Legarea calnexinei, o proteină însoțitoare transmembranară, de VSVG desfășurat a provocat o creștere a exponentului anormal, astfel încât mișcarea nu se poate distinge de forma pliată. Acest rezultat indică faptul că calnexina poate preveni formarea structurilor imobile dăunătoare ale proteinelor desfăcute. Ciocnirile dintre domeniile citoplasmatice ale proteinelor transmembranare și filamentele citoscheletice sunt, de asemenea, cunoscute că încetinesc mișcarea laterală în straturile duble lipidice [255], așa cum s-a arătat pentru receptorul transferinei (TfR) la nivelul membranei plasmatice. În condiții normale, s-a observat o mișcare lentă, limitată a TfR; când actina a fost depolimerizată cu latrunculină, sa observat difuzie liberă [256].

Experimentele de fotoactivare în celulele epidermice din frunze de tutun au constatat totuși că proteinele transmembranare din ER au prezentat o dinamică mai lentă, difuzivă atunci când au fost tratate cu latrunculină B, în comparație cu dinamica activă observată în celulele netratate [257]. Acest lucru se datorează cel mai probabil reorganizării ER condusă de miozină în celulele plantei (Secțiunea 3.1.4). Un alt exemplu de modificare a proteindinamicii transmembranare de interacțiunile citoscheletice este mișcarea site-urilor de ieșire ER. ERES se îndepărtează subdifuziv de-a lungul tubilor ER într-o manieră dependentă de microtubuli [61,180].

Exponenții mai mici și coeficienții de difuzie mai mici au fost măsurați atunci când celulele au fost tratate cu nocodazol, indicând faptul că activitatea microtubulară promovează dinamica ERES. În simulări, aplicarea tensiunii membranei, așa cum s-ar întâmpla cu activitatea motorie, a crescut coeficienții de difuzie laterală a lipidelor din stratul dublu, fără alterarea exponenților lor anomali [258]. Exponenții anomali au fost subdifuzivi, cu o valoare de ~0,75 observată pentru toate tensiunile membranei. S-a constatat că dinamica este, de asemenea, dependentă de direcția în simulările computerizate.

S-a constatat că abaterile în direcția perpendiculară pe bistratul sunt limitate, în timp ce mișcarea laterală în planul bistratului nu a fost [259]. Luate împreună, aceste rezultate arată că dinamica lipidelor membranare și a proteinelor transmembranare este complexă și depinde de compoziție și Dinamica substraturilor din lumenul ER a fost, de asemenea, măsurată experimental. Difuzia translațională a proteinelor în lumenul ER a fost explorată pentru prima dată experimental folosind proteina fluorescentă verde (GFP) în 1999 [260]. Mișcarea GFP în lumenul ER s-a dovedit a fi semnificativ mai lentă decât în ​​citoplasmă și în mitocondrii.

S-a descoperit că dinamica calreticulinei, o proteină chaperonă lumenală, depinde de mediul de pliere al RE [261]. În celulele repaus, s-a descoperit că calreticulina eșantionează cu ușurință întregul RE, în timp ce coeficienții de difuzie mai lenți au fost observați în celulele care metabolizează activ. Experimentele de urmărire a unei singure particule au arătat că atât calreticulina, cât și proteinele HaloTag lumenale vizate de ER s-au deplasat cu viteze mai lente la joncțiunile ER decât în ​​tubuli [181]. Populația mai rapidă a fost diminuată la epuizarea ATP, ceea ce indică faptul că dinamica mediată de proteina motorie dependentă de ATP a ER poate contribui la dinamica componentelor lumenale. Această diferență de viteză între tubuli și joncțiuni nu a fost observată pentru calnexina însoțitoare transmembranară.

Tratamentul celulelor Cos-7 cu latrunculină B a condus la o dinamică mai rapidă a proteinelor lumenale, precum și eliminarea N-glicanilor din proteinele de interes [262]. Acest studiu, împreună cu experimentele folosind TfR descrise mai sus [256], indică faptul că actina poate juca un rol major în guvernarea mișcării proteinelor și lipidelor în lumenul și membrana RE. O legătură cauzală între mișcarea RE și mișcare. de componente lumenale sau legate de membrană este încă de făcut.

Cu toate acestea, au fost propuse mai multe ipoteze. Georgiades și colab. a propus că oscilațiile tubilor ER promovează amestecarea reactanților în lumen, accelerând procesele de biosinteză efectuate în ER [25]. În mod similar, Stadler și colab. sugerează că mișcarea ERES este cauzată de fluctuațiile rețelei ER, care sunt puternic dependente de microtubuli [180].

Holcman şi colab. adoptă o abordare diferită și propune ca contracțiile asemănătoare peristaltismului dependent de ATP în diametrele ERtubulilor să genereze transportul activ al componentelor lumenale [181]. Este clar că mișcarea ER și dinamica componentelor rezidente în ER sunt legate și se crede că mișcarea ER crește eficiența proceselor celulare desfășurate în organele, deși acest lucru nu a fost încă confirmat.

For more information:1950477648nn@gmail.com