Sammenflettet og fint afbalanceret: Endoplasmatisk retikulummorfologi, dynamik, funktion og sygdomme, del 6

ER kan også fastgøres statisk til mikrotubuli, enten via tubulispidser, junctions, oralt langs tubuliens længde [187,232]. Statiske forbindelser mellem ER og mikrotubuli kan dannes af de tidligere nævnte proteiner CLIMP-63 [15], p180 [16.194], REEP1 [17] og Sec61 [234].

Protein er et af de vigtige næringsstoffer, der er nødvendige for vores krop. Det hjælper os med at opbygge og vedligeholde kroppens vævsstruktur, syntetisere enzymer og hormoner osv. Men hvad du måske ikke ved er, at det også er meget vigtigt for vores hukommelse.

Proteiner er de grundlæggende enheder, der udgør neuroner og neurotransmittere, som er nøglestrukturer i vores hjerner til informationsoverførsel og hukommelseslagring. Derfor spiller proteiner en afgørende rolle i hjernen.

Mange undersøgelser viser, at det at spise nok protein kan forbedre vores hukommelse, øge vores fokus og koncentration og hjælpe os til bedre at udnytte og behandle information.

Protein kan også påvirke vores humør og følelser. I vores hjerner kan proteiner øge vores følelse af nydelse og følelsesmæssig balance ved at producere neurotransmittere som dopamin og noradrenalin.

Derudover kan proteiner hjælpe os med at bevare en sund krop, og forbedre vores stofskifte og kroppens sygdomsresistens og dermed sikre, at vi bedre kan fokusere og behandle information.

Generelt er protein meget tæt forbundet med hukommelse, humør og andre aspekter. Derfor bør vi være opmærksomme på at øge proteinindtaget for at sikre, at vores krop og hjerne kan modtage tilstrækkelig støtte og beskyttelse, for bedre at udnytte vores intelligens og talenter. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer. Disse stoffer er meget vigtige for hukommelse og indlæring. Derudover kan Cistanche deserticola også forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelige næringsstoffer og energi, og derved forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kend kosttilskud for at forbedre hukommelsen

Disse links er blevet antaget til at regulere ER-netværksspænding og positionering [235]. Det er også muligt, at ER-vedhæftning kan stabilisere mikrotubuli, som det er set for p180 i axoner [194].
Et problem med at vurdere dette er, at overekspression af et mikrotubuli-bindende protein kan forårsage stabilisering (f.eks. [16.234]), som måske ikke kan ses på endogene niveauer. Imidlertid vil denne potentielle gensidighed mellem ER-tubuli og mikrotubuli være vigtig at overveje i fremtiden, ikke mindst fordi stabiliserede mikrotubuli ville være ideelle spor til kinesin-1-transport af andre ER-tubuli.

3.1.4. ER-interaktioner med Actin-cytoskelettet

I dyreceller spiller mikrotubuli den dominerende rolle i ombygning af ER via de overraskende varierede mekanismer beskrevet ovenfor, hvorimod i planter, alger og nogle svampe er aktin-baseret motilitet nøglen (gennemgået i [236]).

Cytoplasmatisk streaming, den myosin-drevne retningsbestemte strøm af cytoplasmaet, spiller også en rolle i plantecelle-ER-dynamikken [237,238]. Interessant nok er et nyt ER og mikrotubuli-associeret rum (EMAC) blevet identificeret i planter, der er forankret på mikrotubuli, derved. modstå denne strøm [239]. Tilsvarende er stabile rørformede ER-forbindelser også blevet observeret at associere med mikrotubuli [240].

Et overraskende behov for at forankre ER er også set i C. elegans nematoder, hvor tabet af en ER og kernekappe-lokaliseret nesprin, ANC-1, fører til ukontrolleret streaming af ER, mitokondrier og lipiddråber pga. kræfter genereret når ormen kravler [241]. Det er dog endnu ikke klart, hvilken cytoskeletkomponent ANC-1 binder til.

I dyreceller kan myosin-V-drevet ER-motilitet bidrage til kortdistance-ER-bevægelse (f.eks. [211.242]). Endvidere kan filaminproteiner binde ER til actin i museembryonale fibroblaster [243], og interaktioner mellem ER og actinfilamenter via myosin1c kan stabilisere ark [188].

Graden af ​​afhængighed af ER-netværket på actin-cytoskelettet adskiller sig mellem celletyper, da depolymerisering af actinfilamenter med cytochalasin havde ringe effekt på ER-netværksfordelingen i VERO-celler [20], mens i den epitellignende cellelinje Huh-7, actin-depolymerisering resulterede i mindre, mindre rigelige ER-ark ved celleperiferien og uregelmæssig ER-positionering, med store områder af cellerne blottet for organellen [188].

Ydermere, når mikrotubuli depolymeriseres, ses en langsom, actin-afhængig tilbagetrækning af ER mod cellecentret i nogle [23.186.244], men ikke alle [20]-dyrkede celletyper, hvilket viser, at ER-actin-interaktioner påvirker ER-morfologien. Vigtigt, super -resolution live-cell imaging har afsløret mikrotubuli-uafhængig ERtubule forlængelse [38], som meget vel kan skyldes actin-baseret motilitet.

3.2. Netværksudsving

Tubuli, forbindelsespunkter og ark, der udgør det endoplasmatiske retikulum, svinger over tid. Selv de etablerede elementer i netværket, som ikke aktivt omarrangeres, er ikke stationære, men svinger snarere rundt om en position. I betragtning af ER'ens komplekse morfologi og hurtige dynamik er kvantificering af ER-bevægelse en aktuel udfordring på området. Et bredt accepteret mål for dynamik er den gennemsnitlige kvadratiske forskydning (MSD).

MSD er et mål for, hvor langt et objekt forventes at rejse over en bestemt tid. For at beregne MSD'en findes først forskellen i position mellem objektet på et indledende tidspunkt og objektet på et senere tidspunkt.

Hvert par af punkter adskilt af den samme tidsforskel (eller forsinkelsestid) tages i betragtning, og den gennemsnitlige forskel i position for alle disse par giver MSD'en på den pågældende forsinkelsestid. Matematisk er MSD, h∆r2(τ)i, defineret som:

hvor x(t) og y(t) giver objektets position på tidspunktet t og τ er forsinkelsestiden. Ved at tilpasse en magtlov til MSD'en kan bevægelsen beskrives som diffusiv, sub-diffusiv eller super-diffusiv. Diffusion, eller Brownsk bevægelse, beskriver processer såsom gradvis blanding af områder med høje og lave koncentrationer for at danne en jævn fordeling. MSD'er for diffus bevægelse følger h∆r2(τ)i ∝ τ. Anomal diffusion er det udtryk, der bruges til at beskrive tilfælde, hvor MSD ikke er diffusiv. Super-diffusion beskriver aktiv transport, såsom motorprotein-drevet bevægelse, og MSD'erne følger h∆r2(τ)i ∝ τ hvor 1 < < 2. På den anden side er sub-diffusiv bevægelse forbundet med bevægelse i et overfyldt miljø og resultater i MSD'er med eksponenter < 1.

Ved at spore punkter i ER-netværket og beregne MSD'erne for disse baner er information om dynamikken af ​​individuelle komponenter i ER blevet belyst. ER-forbindelser har vist sig at bevæge sig sub-diffusivt, på en mikrotubuli-afhængig måde [245]. Nocodazol-behandling reducerede antallet af diffusive og super-diffusive junctions, hvilket indikerer, at interaktioner med motorproteiner kan være årsagen til den rettede junction-bevægelse. Tubuli i ER-netværket oscillerer generelt sub-diffusivt med en gennemsnitlig MSD-eksponent på 0.5 [25].

Dette resultat er uoverensstemmelse med den teoretiske forudsigelse af h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 for semi-fleksible polymersoscillerende termisk i et viskøst medium [246]. Disse resultater indikerer, at netværkets bevægelse er begrænset, hvilket er i overensstemmelse med bevægelse i et overfyldt miljø såsom cytoplasmaet. For nylig er de fulde konturer af individuelle tubuli også blevet sporet, hvilket resulterer i en mere detaljeret beskrivelse af ER tubuli dynamik [27]. Fordelingerne af vinkelrette forskydninger fra den gennemsnitlige tubuli-rygradsposition blev fundet for punkter langs tubulikonturen.

Asymmetrien eller skævheden af ​​disse fordelinger blev beregnet. Signifikant skævhed indikerede aktiv, drevet dynamik, hvorimod positioner med ubetydelig skævhed beskrev punkter, der svingede termisk, uden nogen aktiv påvirkning. De fleste punkter svingede termisk, men en tredjedel af de sporede punkter fluktuerede aktivt. Dynamiske forsnævringer og buler i diameteren af ​​ER-tubuli er også blevet observeret [38.181], selvom karakteristikaene ved disse svingninger endnu ikke skal analyseres til bunds. Som et resultat af både MSD- og kontursporingsundersøgelserne menes ER-tubuli generelt at svinge sub-diffusivt, med aktiv dynamik, der lejlighedsvis forekommer langs tubuli-rygraden. De sub-diffusive fluktuationer er sandsynligvis forårsaget af cytoplasmaets bevægelse og overfyldning, hvorimod aktiv dynamik kan være forårsaget af motorproteiner eller membrankontaktsteder med menneskehandelsorganeller.

Pladedynamik er ikke blevet undersøgt så detaljeret som rørdynamik. Dette skyldes sandsynligvis vanskeligheden ved at kvantificere bevægelsen af ​​lamellære genstande, især dem i levende celler. Især er lamellære områder af ER ofte placeret i de tykkere dele af cellen nær kernen, hvor ude af fokus lys fra andre billeddannelsesplaner gør det vanskeligt at optage en video, der viser kun ét lag ER-ark. Selv med klare videoer, der viser ER-ark, er det udfordrende at kvantificere dynamikken i lamelmembraner på grund af manglen på accepterede metoder til at beskrive arkdynamikken. To mulige mål for pladedynamik er hastigheden af ​​pladekanterne og udsvingene af plader uden for planet. Så vidt vi ved, er ingen af ​​disse metoder endnu blevet implementeret for perinukleære ER-ark in vivo. Teoretiske forudsigelser er blevet foretaget for ud-af-plansvingninger af membranplader.

MSD af disse bølger forventes at stige asτ2/3 for frie membraner og langsommere, som ln(τ), for membraner under spænding [246]. Eksperimentelt har nogle undersøgelser overvejet dynamikken af ​​lamellær ER ved celleperiferien. Joensuu et al. [188] opdagede, at placeringen og dynamikken af ​​perifere ER-ark er afhængig af actin-filament-arrays og foci. ER-ark blev fundet dynamisk at omarrangere som reaktion på bevægelsen af ​​aktinstrukturer. Forsvinden af ​​aktin førte til, at ER-ark udfyldte det efterladte rum, og dannelsen af ​​nye aktinstrukturer forårsagede åbningen af ​​en fenestration i et ER-ark. Dynamikken af ​​arkkanter blev også undersøgt.

Ark fluktuerede i et lille område og viste ingen præference for retning i ubehandlede celler. Behandling med actinpolymerisationshæmmeren, latrunculinA, øgede den laterale bevægelse af plader såvel som andelen af ​​plader, der gennemgår fission, fusion eller transformation til tubuli. Studierne beskrevet i dette afsnit viser, at fluktuationerne af etablerede strukturer i ER er komplekse, varierede og påvirket af mange subcellulære organeller og processer. Samspillet mellem ER-dynamikken og dynamikken i andre subcellulære organeller og strukturer er kun lige begyndt at blive forstået, og frugtbar forskning på dette område forventes snart.

3.3. Dynamik af membran- og lumenale komponenter

Processerne udført af ER involverer en overflod af transmembrane og lumenale proteiner, hvoraf mange bevæger sig for at opsøge interagerende partnere. Dynamikken af ​​disse proteiner, såvel som lipiderne, der danner ER-membranen, kan påvirke organellens overordnede dynamik.

Fluorescensteknikker såsom single-particle tracking (SPT), fluorescensgendannelse efter fotoblegning (FRAP) og fluorescens-korrelationsspektroskopi (FCS, gennemgået i [247]) er blevet brugt til at kvantificere lipid- og proteinbevægelse. Computersimuleringer er også blevet brugt til at studere dynamikken af ​​objekter indlejret i membraner, da de fluorescerende sonder, der bruges til at spore subcellulære objekter, menes at hindre dynamikken. Høje koncentrationer af det fluorescerende farvestof Rhodamine foreslås at forårsage hydrodynamisk træk, hvilket reducerer diffusionskoefficienten for objekterne af interesse med op til 20% [248].

Adskillige membranegenskaber er kendt for at påvirke dynamikken af ​​transmembrane og lumenale komponenter: lipidflåder, proteinkoncentration, proteinfoldningsstatus, cytoskeletale interaktioner og membranspænding. Lipid rafts er domæner af klyngede lipider og proteiner, der bevæger sig inden for dobbeltlaget [249]. Diffusion viste sig at være langsommere med en faktor på to inden for lipidflåder [250], og lipider og proteiner kan forbigående blive begrænset til disse flåder, hvor en hindret, sub-diffusiv bevægelse blev observeret [251].

Højere koncentrationer af proteiner i lipid-dobbeltlaget er også kendt for at bremse lateral diffusion [252], med simuleringer, der konkluderer, at lateral diffusion i meget overfyldte membraner var en faktor 5-10 langsommere end i fortyndede membraner [253]. FCS-eksperimenter viste også, at foldningsstatus for transmembrane proteiner påvirker deres bevægelse inden i ER-membranen. Adskillige proteiner blev analyseret, som alle viste sig at bevæge sig sub-diffusivt [254]. Den anomale eksponent for udfoldet VSVG blev fundet at være lavere end det af dens foldede form.

Dette fremhæver den mere obstruerede dynamik af udfoldede proteiner. Bindingen af ​​calnexin, et transmembrant chaperonprotein, til udfoldet VSVG forårsagede en stigning i den anomale eksponent, således at bevægelsen ikke kunne skelnes fra den foldede form. Dette resultat indikerer, at calnexin kan forhindre dannelsen af ​​skadelige immobile strukturer af udfoldede proteiner. Kollisioner mellem de cytoplasmatiske domæner af transmembranproteiner og cytoskeletfilamenter er også kendt for at bremse lateral bevægelse inden for lipiddobbeltlag [255], som det er blevet vist for transferrinreceptor (TfR) ved plasmamembranen. Under normale forhold blev langsom, begrænset bevægelse af TfR observeret; når actin blev depolymeriseret med latrunculin, blev der observeret fri diffusion [256].

Fotoaktiveringseksperimenter i tobaksbladepidermale celler fandt dog, at transmembranproteiner i ER udviste langsommere, diffusiv dynamik, når de blev behandlet med latrunculin B sammenlignet med den aktive dynamik, der blev observeret i ubehandlede celler [257]. Dette skyldes højst sandsynligt den myosindrevne reorganisering af ER i planteceller (afsnit 3.1.4). Et andet eksempel på, at transmembran proteindynamik bliver ændret af cytoskeletale interaktioner, er bevægelsen af ​​ER-udgangssteder. ERESmove sub-diffusivt langs ER tubuli på en mikrotubuli-afhængig måde [61.180].

Lavere anomale eksponenter og mindre diffusionskoefficienter blev målt, når celler blev behandlet med nocodazol, hvilket indikerer, at mikrotubulær aktivitet fremmer ERES-dynamikken. I simuleringer øgede spænding på membranen, som det ville ske med motorisk aktivitet, de laterale diffusionskoefficienter af lipider i dobbeltlaget, uden at ændring af deres anomale eksponenter [258]. De anomale eksponenter var sub-diffusive med en værdi på ~0.75 observeret for alle membranspændinger. Dynamikken viste sig også at være afhængig af retningen i computersimuleringer.

Afvigelser i retningen vinkelret på dobbeltlaget viste sig at være begrænset, hvorimod lateral bevægelse i dobbeltlagets plan ikke var [259]. Tilsammen viser disse resultater, at dynamikken i membranlipider og transmembranproteiner er kompleks og afhænger af sammensætningen og lipid-dobbeltlagets tilstand og ved interaktioner med cytoskelettet. Dynamikken af ​​substrater i lumen af ​​ER er også blevet målt eksperimentelt. Translationel diffusion af proteiner i lumen af ​​ER blev først eksperimentelt undersøgt ved hjælp af grønt fluorescerende protein (GFP) i 1999 [260]. Bevægelsen af ​​GFP i ER-lumen viste sig at være signifikant langsommere end i cytoplasmaet og i mitokondrier.

Dynamikken af ​​calreticulin, et lumenalt chaperonprotein, viste sig at afhænge af foldningsmiljøet i ER [261]. I hvilende celler blev det fundet, at calreticulin nemt prøvede hele ER, hvorimod langsommere diffusionskoefficienter blev observeret i aktivt metaboliserende celler. Enkeltpartikelsporingseksperimenter afslørede, at både calreticulin og ER-målrettede lumenale HaloTag-proteiner bevægede sig med langsommere hastigheder ved ER-forbindelser end i tubuli [181]. Den hurtigere population blev formindsket efter ATP-udtømning, hvilket indikerer, at den ATP-afhængige motorprotein-medierede dynamik i ER kan bidrage til dynamikken af ​​lumenale komponenter. Denne hastighedsforskel mellem tubuli og junctions blev ikke observeret for transmembran chaperone calnexin.

Behandling af Cos-7-celler med latrunculin B førte til hurtigere lumenal proteindynamik, udover at fjerne N-glycaner fra proteinerne af interesse [262]. Denne undersøgelse, sammen med de eksperimenter, der anvender TfR beskrevet ovenfor [256], indikerer, at actin kan spille en vigtig rolle i bevægelsen af ​​proteiner og lipider i lumen og membran af ER. En årsagssammenhæng mellem bevægelsen af ​​ER og bevægelsen af lumenale eller membranbundne komponenter er endnu ikke fremstillet.

Der er dog fremsat flere hypoteser. Georgiades et al. foreslået, at oscillationerne af ER-tubuli fremmer blandingen af ​​reaktanter i lumen, hvilket fremskynder de biosyntetiske processer, der udføres i ER [25]. Tilsvarende har Stadler et al. tyder på, at bevægelsen af ​​ERES er forårsaget af ERnetwork fluktuationer, som er stærkt mikrotubuli-afhængige [180].

Holcman et al. tage en anden tilgang og foreslå, at ATP-afhængige peristaltik-lignende sammentrækninger i ERtubule-diametre genererer aktiv transport af lumenale komponenter [181]. Det er klart, at bevægelsen af ​​ER og dynamikken af ​​ER-residente komponenter er forbundet, og det menes, at bevægelsen af ​​ER øger effektiviteten af ​​cellulære processer udført i organellen, selvom dette endnu ikke er blevet bekræftet.

For more information:1950477648nn@gmail.com