Propletené a jemně vyvážené: Morfologie, dynamika, funkce a nemoci endoplazmatického retikula, část 6.

ER se může také připojit staticky k mikrotubulům, buď prostřednictvím špiček tubulů, spojek nebo po délce tubulu [187,232]. Statické vazby mezi ER a mikrotubuly mohou být tvořeny již zmíněnými proteiny CLIMP-63 [15], p180 [16,194], REEP1 [17] a Sec61 [234].

Protein je jednou z důležitých živin nezbytných pro naše tělo. Pomáhá nám budovat a udržovat tkáňovou strukturu těla, syntetizovat enzymy a hormony atd. Co ale možná nevíte je, že je také velmi důležitý pro naši paměť.

Proteiny jsou základními jednotkami, které tvoří neurony a neurotransmitery, což jsou klíčové struktury v našem mozku pro přenos informací a ukládání paměti. Proto hrají bílkoviny v mozku zásadní roli.

Mnoho studií ukazuje, že konzumace dostatečného množství bílkovin může zlepšit naši paměť, zvýšit naše soustředění a koncentraci a pomoci nám lépe využívat a zpracovávat informace.

Protein může také ovlivnit naši náladu a emoce. V našem mozku mohou proteiny zvýšit náš pocit potěšení a emoční rovnováhu tím, že produkují neurotransmitery, jako je dopamin a norepinefrin.

Kromě toho nám bílkoviny mohou pomoci udržet si zdravé tělo a zlepšit rychlost metabolismu a odolnost těla vůči nemocem, čímž zajistí, že se můžeme lépe soustředit a zpracovávat informace.

Obecně platí, že bílkoviny velmi úzce souvisí s pamětí, náladou a dalšími aspekty. Proto bychom měli dbát na zvýšení příjmu bílkovin, abychom zajistili, že naše tělo a mozek mohou dostat adekvátní podporu a ochranu, abychom mohli lépe využívat naši inteligenci a talent. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche deserticola dokáže výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola dokáže regulovat i rovnováhu neurotransmiterů, jako je zvýšení hladiny acetylcholinu a růstových faktorů. Tyto látky jsou velmi důležité pro paměť a učení. Kromě toho může Cistanche deserticola také zlepšit průtok krve a podporovat dodávku kyslíku, což může zajistit, že mozek dostává dostatek živin a energie, a tím zlepšuje mozkovou vitalitu a vytrvalost.

Klikněte na vědět doplňky pro zlepšení paměti

Předpokládá se, že tyto vazby regulují napětí a umístění sítě ER [235]. Je také možné, že připojení ER může stabilizovat mikrotubuly, jak bylo vidět u p180 v axonech [194].
Jedním z problémů při posuzování tohoto je, že nadměrná exprese proteinu vázajícího se na mikrotubuly může způsobit stabilizaci (např. [16,234]), která nemusí být pozorována na endogenních úrovních. Tuto potenciální reciprocitu mezi ER tubuly a mikrotubuly však bude důležité zvážit v budoucnu, v neposlední řadě proto, že stabilizované mikrotubuly by byly ideálními drahami pro kinesin-1 transport jiných ER tubulů.

3.1.4. Interakce ER s aktinovým cytoskeletem

V živočišných buňkách hrají mikrotubuly dominantní roli v remodelaci ER prostřednictvím překvapivě rozmanitých mechanismů popsaných výše, zatímco u rostlin, řas a některých hub je klíčová motilita založená na aktinu (přehled v [236]).

Cytoplazmatické proudění, myozinem řízený směrový tok cytoplazmy, také hraje roli v dynamice ER rostlinných buněk [237,238]. Zajímavé je, že u rostlin, které jsou ukotveny na mikrotubulech, byl identifikován nový ER a kompartment spojený s mikrotubuly (EMAC). vzdorující tomuto toku [239]. Podobně bylo také pozorováno, že stabilní tubulární ER junkce asociují s mikrotubuly [240].

Překvapivá potřeba ukotvit ER byla také pozorována u nematodů C. elegans, kde ztráta ER a nesprinu lokalizovaného v jaderném obalu, ANC-1, vede k nekontrolovanému proudění ER, mitochondrií a lipidových kapének v důsledku síly generované při červech [241]. Zatím však není jasné, na jakou cytoskeletální složku ANC-1 se váže.

Ve zvířecích buňkách může motilita ER řízená myozinem V přispívat k pohybu ER na krátkou vzdálenost (např. [211,242]). Kromě toho mohou filaminové proteiny vázat ER na aktin v myších embryonálních fibroblastech [243] a interakce mezi ER a aktinovými vlákny prostřednictvím myosinu1c mohou stabilizovat listy [188].

Stupeň závislosti ER sítě na aktinovém cytoskeletu se mezi buněčnými typy liší, protože depolymerizace aktinových filamentů s cytochalasinem měla malý vliv na distribuci ER sítě v buňkách VERO [20], zatímco v epitelu podobné buněčné linii Huh-7, depolymerizace aktinu vedla k menším, méně hojným ER listům na buněčné periferii a nepravidelnému umístění ER, s velkými oblastmi buněk bez organel [188].

Kromě toho, když jsou mikrotubuly depolymerovány, je u některých [23,186,244], ale ne u všech [20]kultivovaných typů buněk pozorována pomalá, na aktinu závislá retrakce ER směrem k buněčnému centru, což dokazuje, že interakce ER-aktin ovlivňují morfologii ER. Zobrazování živých buněk s rozlišením odhalilo rozšíření ERtubulů nezávislé na mikrotubulech [38], které může být důsledkem motility založené na aktinu.

3.2. Výkyvy sítě

Tubuly, spojení a listy, které tvoří endoplazmatické retikulum, v průběhu času kolísají. Dokonce i zavedené prvky sítě, které nejsou aktivně přeskupovány, nejsou stacionární, ale spíše oscilují kolem pozice. Vzhledem ke komplexní morfologii a rychlé dynamice ER je kvantifikace pohybu ER aktuální výzvou v této oblasti. Široce přijímaným měřítkem dynamiky je střední kvadratický posun (MSD).

MSD je měřítkem toho, jak daleko se očekává, že objekt urazí za určitou dobu. Chcete-li vypočítat MSD, nejprve se zjistí rozdíl v poloze mezi objektem v počátečním čase a objektem v pozdějším čase.

Každý pár bodů oddělených stejným časovým rozdílem (nebo dobou prodlevy) se bere v úvahu a průměrný rozdíl v poloze pro všechny tyto dvojice udává MSD v tomto konkrétním čase zpoždění. Matematicky je MSD, h∆r2(τ)i, definován jako:

kde x(t) a y(t) udávají polohu objektu v čase ta τ je doba zpoždění. Přizpůsobení mocninného zákona MSD umožňuje, aby byl pohyb popsán jako difuzní, subdifuzní, nebo superdifuzní. Difúze neboli Brownův pohyb popisuje procesy, jako je postupné promíchávání oblastí s vysokou a nízkou koncentrací za vzniku rovnoměrného rozložení. MSD fordfuzní pohyb následuje h∆r2(τ)i ∝ τ. Anomální difúze je termín používaný k popisu případů, kdy MSD není difúzní. Superdifúze popisuje aktivní transport, jako je pohyb řízený motorickým proteinem, a MSD sledují h∆r2(τ)i ∝ τ, kde 1 < < 2. Na druhou stranu, subdifuzní pohyb je spojen s pohybem v přeplněném prostředí a výsledky v MSD ​​s exponenty < 1.

Sledováním bodů v síti ER a výpočtem MSD těchto trajektorií byly objasněny informace o dynamice jednotlivých složek ER. Bylo zjištěno, že ER junkce se pohybují subdifuzně způsobem závislým na mikrotubulech [245]. Léčba nokodazolem snížila počet difuzních a superdifuzních spojení, což naznačuje, že interakce s motorickými proteiny mohou být příčinou řízeného pohybu spojení. Tubuly v síti ER obecně oscilují subdifuzně, s průměrným exponentem MSD 0,5 [25].

Tento výsledek je v rozporu s teoretickou predikcí h∆r2(τ)i ∝ τ1/2 pro poloflexibilní polymery tepelně oscilující ve viskózním prostředí [246]. Tyto výsledky naznačují, že pohyb sítě je omezen, což je v souladu s pohybem v přeplněném prostředí, jako je cytoplazma. Nedávno byly také sledovány úplné obrysy jednotlivých tubulů, což vedlo k podrobnějšímu popisu dynamiky ER tubulů [27]. Distribuce kolmých posunů od střední polohy páteře tubulu byla nalezena pro body podél obrysu tubulu.

Byla vypočtena asymetrie nebo šikmost těchto distribucí. Výrazná šikmost indikovala aktivní, řízenou dynamiku, zatímco polohy se zanedbatelnou šikmostí popisovaly body oscilující tepelně, bez jakýchkoliv aktivních vlivů. Většina bodů tepelně oscilovala, avšak třetina sledovaných bodů aktivně kolísala. Byla také pozorována dynamická zúžení a vyboulení v průměru ER tubulů [38,181], ačkoli charakteristika těchto oscilací musí být ještě hlouběji analyzována. V důsledku studií MSD a sledování obrysů jsou ER tubuly obecně považovány za příliš oscilující subdifuzně, přičemž aktivní dynamika se občas vyskytuje podél páteře tubulů. Subdifuzní fluktuace jsou pravděpodobně způsobeny pohybem a přeplňováním cytoplazmy, zatímco aktivní dynamika může být způsobena motorickými proteiny nebo kontaktními místy membrán s transportními organelami.

Dynamika plechu nebyla studována tak podrobně jako dynamika trubic. To je pravděpodobně způsobeno obtížností při kvantifikaci pohybu lamelárních objektů, zejména těch v živých buňkách. Zejména lamelární oblasti ER jsou často umístěny v tlustších částech buňky blízko jádra, ve kterých je neostré světlo z jiných zobrazovacích rovin náročné na zachycení videa zobrazujícího pouze jednu vrstvu ER listů. I přes jasná videa ukazující ER listy je kvantifikace dynamiky lamelárních membrán náročná kvůli nedostatku akceptovaných metod pro popis dynamiky listů. Dvě možná měření dynamiky plechu jsou rychlost okrajů plechu a fluktuace plechů mimo rovinu. Pokud je nám známo, žádný z těchto přístupů dosud nebyl implementován pro perinukleární ER listy in vivo. Byly provedeny teoretické předpovědi pro fluktuace membránových listů mimo rovinu.

Předpokládá se, že MSD těchto vlnění se zvýší asτ2/3 pro volné membrány a pomaleji, jako ln(τ), pro membrány pod napětím [246]. Experimentálně některé studie zvažovaly dynamiku lamelárního ER na buněčné periferii. Joensuu a kol. [188] zjistili, že umístění a dynamika vrstev periferních ER závisí na polích aktinových vláken a ohniscích. Bylo zjištěno, že listy ER se dynamicky přeskupují v reakci na pohyb aktinových struktur. Zmizení aktinu vedlo k tomu, že ER listy zaplnily prostor po sobě a tvorba nových aktinových struktur způsobila otevření fenestrace v ER listu. Rovněž byla studována dynamika plechů.

Listy kolísaly na malé ploše a nevykazovaly žádnou preferenci pro směr v neošetřených buňkách. Ošetření inhibitorem polymerace aktinu, latrunculinemA, zvýšilo laterální pohyb listů a také podíl listů podléhajících štěpení, fúzi nebo přeměně na tubuly. Studie podrobně popsané v této části ukazují, že fluktuace zavedených struktur v rámci ER jsou složité a různé. a ovlivněna mnoha subcelulárními organelami a procesy. Vzájemné působení mezi dynamikou ER a dynamikou jiných subcelulárních organel a struktur teprve začíná být chápáno a v brzké době se očekává plodný výzkum v této oblasti.

3.3. Dynamika membránových a lumenálních komponent

Procesy prováděné ER zahrnují množství transmembránových a lumenálních proteinů, z nichž mnohé hledají interagující partnery. Dynamika těchto proteinů, stejně jako lipidů tvořících membránu ER, může ovlivnit celkovou dynamiku organely.

Ke kvantifikaci pohybu lipidů a proteinů byly použity fluorescenční techniky, jako je sledování jedné částice (SPT), obnova fluorescence po fotobělení (FRAP) a fluorescenční korelační spektroskopie (FCS, recenzováno [247]). Počítačové simulace byly také použity ke studiu dynamiky objektů uložených v membránách, protože se předpokládá, že fluorescenční sondy používané ke sledování subcelulárních objektů brání dynamice. Předpokládá se, že vysoké koncentrace fluorescenčního barviva Rhodamin způsobí hydrodynamický tah snižující difúzní koeficient objektů zájmu až o 20 % [248].

Je známo, že několik vlastností membrány ovlivňuje dynamiku transmembránových a lumenálních komponent: lipidové rafty, koncentrace proteinu, stav skládání proteinu, interakce cytoskeletu a napětí membrány. Lipidové rafty jsou domény seskupených lipidů a proteinů, které se pohybují v dvojvrstvě [249]. Bylo zjištěno, že difúze je v lipidových raftech dvojnásobně pomalejší [250] a lipidy a proteiny se mohou přechodně omezit na tyto rafty, ve kterých byl pozorován rušený subdifuzní pohyb [251].

Je také známo, že vyšší koncentrace proteinů v lipidové dvojvrstvě zpomalují laterální difúzi [252], přičemž simulace vedly k závěru, že laterální difúze ve vysoce přeplněných membránách byla faktorem 5-10 pomalejší než u zředěných membrán [253]. Experimenty FCS také ukázaly, že stav skládání transmembránových proteinů ovlivňuje jejich pohyb v membráně ER. Bylo analyzováno několik proteinů, z nichž všechny se pohybovaly subdifuzně [254]. Bylo zjištěno, že anomální exponent nesloženého VSVG je nižší než jeho složeného tvaru.

To zdůrazňuje více obstrukovanou dynamiku rozvinutých proteinů. Vazba kalnexinu, transmembránového chaperonového proteinu, na nesložený VSVG způsobila zvýšení anomálního exponentu tak, že pohyb byl nerozeznatelný od složené formy. Tento výsledek naznačuje, že kalnexin může zabránit tvorbě škodlivých nehybných struktur nesložených proteinů. Je také známo, že kolize mezi cytoplazmatickými doménami transmembránových proteinů a cytoskeletálních filament zpomalují laterální pohyb v lipidových dvojvrstevách [255], jak bylo prokázáno u transferinového receptoru (TfR). na plazmatické membráně. Za normálních podmínek byl pozorován pomalý, omezený pohyb TfR; když byl aktin depolymerizován latrunkulinem, byla pozorována volná difúze [256].

Fotoaktivační experimenty v epidermálních buňkách tabákových listů však zjistily, že transmembránové proteiny v ER vykazovaly pomalejší, difuzní dynamiku, když byly ošetřeny latrunkulinem B, ve srovnání s aktivní dynamikou pozorovanou u neošetřených buněk [257]. To je s největší pravděpodobností způsobeno myozinem řízenou reorganizací ER v rostlinných buňkách (část 3.1.4). Dalším příkladem transmembránové proteindynamiky, která je změněna cytoskeletálními interakcemi, je pohyb výstupních míst ER. ERES se pohybujte subdifuzně podél ER tubulů způsobem závislým na mikrotubulech [61,180].

Nižší anomální exponenty a menší difúzní koeficienty byly naměřeny, když byly buňky ošetřeny nokodazolem, což ukazuje, že mikrotubulární aktivita podporuje dynamiku ERES. Při simulacích, aplikování napětí na membránu, jak by se stalo s motorickou aktivitou, zvýšilo laterální difúzní koeficienty lipidů v dvojvrstvě bez změna jejich anomálních exponentů [258]. Anomální exponenty byly sub-difuzní, s hodnotou ~0,75 pozorovanou pro všechna membránová napětí. V počítačových simulacích bylo také zjištěno, že dynamika je závislá na směru.

Bylo zjištěno, že odchylky ve směru kolmém k dvojvrstvě jsou omezené, zatímco laterální pohyb v rovině dvojvrstvy nebyl [259]. Celkově tyto výsledky ukazují, že dynamika membránových lipidů a transmembránových proteinů je složitá a závisí na složení a Experimentálně byla měřena také dynamika substrátů v lumen ER. Translační difúze proteinů v lumen ER byla poprvé experimentálně prozkoumána pomocí zeleného fluorescenčního proteinu (GFP) v roce 1999 [260]. Bylo zjištěno, že pohyb GFP v lumen ER je významně pomalejší než v cytoplazmě a v mitochondriích.

Bylo zjištěno, že dynamika kalretikulinu, lumenálního chaperonového proteinu, závisí na prostředí skládání ER [261]. V klidových buňkách bylo zjištěno, že kalretikulin snadno odebírá vzorky celého ER, zatímco u aktivně metabolizujících buněk byly pozorovány pomalejší difúzní koeficienty. Experimenty se sledováním jednotlivých částic odhalily, že jak kalretikulin, tak lumenální HaloTag proteiny cílené na ER se pohybovaly pomaleji na ER junkcích než v tubulech [181]. Rychlejší populace byla snížena po depleci ATP, což naznačuje, že dynamika ER zprostředkovaná motorickým proteinem závislá na ATP může přispívat k dynamice lumenálních komponent. Tento rozdíl v rychlosti mezi tubuly a spoji nebyl pozorován pro transmembránový chaperon kalnexin.

Ošetření buněk Cos{0}} latrunkulinem B vedlo k rychlejší dynamice lumenálních proteinů, stejně jako odstranění N-glykanů ze sledovaných proteinů [262]. Tato studie spolu s experimenty využívajícími TfR popsanými výše [256] ukazuje, že aktin může hrát hlavní roli při řízení pohybu proteinů a lipidů v lumen a membráně ER. Příčinná souvislost mezi pohybem ER a pohybem lumenálních nebo membránově vázaných komponent je ještě třeba vyrobit.

Bylo však navrženo několik hypotéz. Georgiades a kol. navrhli, že oscilace ER tubulů podporují míšení reaktantů v lumen, čímž urychlují biosyntetické procesy prováděné v ER [25]. Podobně Stadler a kol. naznačují, že pohyb ERES je způsoben fluktuacemi ERnetwork, které jsou silně závislé na mikrotubulech [180].

Holcman a kol. zvolili jiný přístup a navrhli, že peristaltické kontrakce v průměrech ERtubulů závislé na ATP generují aktivní transport lumenálních komponent [181]. Je jasné, že pohyb ER a dynamika ER-rezidentních komponent jsou propojeny, a domnívalo se, že pohyb ER zvyšuje efektivitu buněčných procesů probíhajících v organele, i když to ještě nebylo potvrzeno.

For more information:1950477648nn@gmail.com