Met elkaar verweven en fijn uitgebalanceerd: morfologie, dynamiek, functie en ziekten van het endoplasmatisch reticulum, deel 5

3.1.2. MCS-gemedieerde ER-dynamiek

Naast de uitbreiding van de tubuli die wordt aangedreven door motoren direct op het ER-membraan, kan de ER-dynamiek worden veroorzaakt door contactplaatsen van het ER-membraan met vroege en late endosomen, lysosomen en mitochondriën [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] die langs microtubuli bewegen.

Uit onderzoek is gebleken dat zure hydrolase in lysosomen eiwitten kan afbreken en omzetten in aminozuren, die door cellen kunnen worden gebruikt om nieuwe eiwitten te synthetiseren. Dit proces is belangrijk voor het leren en het geheugen, omdat de eiwitsynthese nauw verwant is aan de vorming van het geheugen.

Bovendien kunnen lysosomen de cellen ook gezond houden door opgeslokt celafval en schadelijke stoffen af ​​te breken en afval en gifstoffen uit de cellen te verwijderen. Dit proces is ook van cruciaal belang voor het beschermen van de overleving en functie van neuronen. Neuronen zijn onze hersencellen en spelen een cruciale rol in het leer- en geheugenproces. Als neuronen worden aangetast door cellulair afval en schadelijke stoffen, zal hun functie en vermogen om te overleven ernstig worden aangetast, waardoor de vorming en het behoud van het geheugen wordt aangetast.

Daarom is het behouden van de functie en de gezondheid van lysosomen van groot belang voor het verbeteren van het geheugen en het beschermen van de overleving en functie van neuronen. Hoe de lysosoomfunctie en gezondheid behouden? Allereerst moeten we aandacht besteden aan de inname van voedingsstoffen, vooral de inname van belangrijke voedingsstoffen zoals eiwitten; ten tweede moeten we voldoende slapen en bewegen; Ten slotte moeten we slechte leefgewoonten, zoals laat opblijven, vermijden om de levensstress en fysieke belasting te verminderen.

Samenvattend is de relatie tussen lysosomen en geheugen zeer nauw. Door ons te concentreren op het behouden van de lysosomale functie en gezondheid, kunnen we het geheugen verbeteren en de overleving en functie van neuronen beschermen, waardoor de gezondheid en ontwikkeling van het lichaam worden bevorderd. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola antioxiderende, ontstekingsremmende en anti-verouderingseffecten heeft, die kunnen helpen de oxidatie- en ontstekingsreacties in de hersenen te verminderen, waardoor de hersenen worden beschermd. gezondheid van het zenuwstelsel. Bovendien kan Cistanche deserticola ook de groei en het herstel van zenuwcellen bevorderen, waardoor de connectiviteit en functie van neurale netwerken wordt verbeterd. Deze effecten kunnen het geheugen, het leervermogen en de denksnelheid helpen verbeteren, en kunnen ook de ontwikkeling van cognitieve stoornissen en neurodegeneratieve ziekten voorkomen.

Klik op Know om het kortetermijngeheugen te verbeteren

Dit is een voorbeeld van een proces dat 'liften' wordt genoemd, waarbij één organel de motor levert en de beweging aandrijft van een andere lading die op zichzelf niet beweeglijk is [38,221,222]. Vroeg werk aan de beweging van de ER-buisjes identificeerde morfologisch verschillende beweeglijke domeinen aan de uiteinden van enkele bewegende ER-tubuli [182,191].

Er is echter duidelijk bewijs uit doorvallend-lichtmicroscopie en DiOC6-labeling dat ER-tubuli zelf direct langs microtubuli kunnen bewegen, zonder de noodzaak om met een ander organel te liften [19,182,183,190].

Ongeveer de helft van de Rab5-positieve endosomen in Cos-7-cellen wordt tijdens beeldvorming aan het ER gehecht [75], en bij beeldvorming met lage framesnelheden (1 frame per 1,5 s) leken ze minder beweeglijk dan ER-geassocieerde lysosomen [219], en het is minder waarschijnlijk dat het ER-tubulusmobiliteit veroorzaakt [26].

Live beeldvorming met de snelle framesnelheden die nodig zijn om snelle vroege endosomenbewegingen vast te leggen, heeft echter onthuld dat bewegende endosomen zich kunnen verplaatsen naar een ER-tubulus, deze kunnen vastpakken en verder kunnen bewegen, waarbij ze een ER-tubulus achter zich naar buiten kunnen trekken ([74]; Figuur 4).

Omdat vroege endosomen voornamelijk naar het celcentrum bewegen, aangedreven door dyneïne [74,223], kan het liften op vroege endosomen verantwoordelijk zijn voor enkele van de dyneïne-afhankelijke uitbreidingen van de ER-buisjes [20].

Hoe dyneïne en kinesines worden gerekruteerd in vroege endosomen, en de rol van kinesine-1 in hun beweging, is nog niet volledig duidelijk. Recent onderzoek suggereert dat 30-50% van de ER-tubuli-extensiegebeurtenissen worden veroorzaakt door liften op late endosomen/lysosomen bewegend langs microtubuli, terwijl 40% van de tubuli onafhankelijk langs microtubuli bewoog, en de rest werd gemedieerd door TAC’s of dTAC’s (zie hieronder) [26,38,219].

Verrassend genoeg waren bijna alle lysosomen geassocieerd met en verplaatst met het ER-netwerk [219]. Van lysosomen die vóór, tijdens en na een liftevenement in beeld werden gebracht, werd gezien dat ze langzamer gingen wanneer ze aan ER-tubuli werden bevestigd [204,219], mogelijk omdat er minder weerstand was die de kracht tegenwerkte die door de lysosomale motoren werd gegenereerd wanneer een ER-tubuli niet werd verlengd.

Twee ER-residente eiwitten die betrokken zijn bij de fosfolipidesynthese, PIS en CEPT1, waarvan eerder is aangetoond dat ze zich samen met Rab10 aan de uiteinden van beweeglijke tubuli bevinden [7], werden geassocieerd met LE/lysosoom-liftgebeurtenissen [26].

Nogmaals, dyneïne en kinesine-1 zijn de belangrijkste motoren die de beweging van het late endosoom/lysosoom aandrijven, en er zijn meerdere manieren waarop ze worden gerekruteerd en gecontroleerd, waarvan sommige interacties met de ER met zich meebrengen (besproken in [128,129]). Dyneïne kan worden gerekruteerd viaRILP en Rab7 (in aanwezigheid van hoge cholesterolwaarden); ALG2 en TRPML1 (gereguleerd door PI(3,5)P2 en calcium); of JIP4 en TMEM55B (gepromoot door uithongering, wat de transcriptie van TMEM55B via mTORC1 verhoogt) [128,129]. Kinesin-1 wordt gerekruteerd door SKIP en Arl8 (gereguleerd door BORC), of FYCO1 en Rab7 (gereguleerd door PI(3)P en waarbij protrudine betrokken is bij de ER: zie hieronder), en beide koppelingen vinden plaats via KLC's [128,129].

Een open vraag is of deze meerdere mechanismen parallel functioneren op hetzelfde organel, of er sprake is van ruimtelijke selectie (bijvoorbeeld op specifieke membraansubdomeinen), of schakeling afhankelijk van de metabolische status, of andere inputs.

Als slechts 30-50% van de ER-tubuli samen met late endosomen/lysosomen beweegt, hoe belangrijk is dit ER-liften dan voor de ER-organisatie in het algemeen? Twee recente onderzoeken hebben aangetoond dat het antwoord in Cos-7-cellen tenminste: heel is.

Het verstoren van ER-late endosoomMCS’s door RNAi-gemedieerde uitputting van VAPA (dat ORP1L bindt om LE aan ER te verankeren via Rab7: [128]) verstoorde ook de ER-morfologie en verminderde de omvang van ER-tubuli en netwerkcomplexiteit, vooral aan de periferie [26,219], met de knockdown van alle leden van de ER VAP-familie (VAPA, VAPB en MOSPD2), wat een sterker fenotype oplevert [26].

Bovendien bood het manipuleren van de motoren die aanwezig zijn op late endosomen/lysosomen een nuttig middel om naar binnen of buiten gerichte beweging van het endosoom te triggeren, wat leidde tot een vermindering of toename van perifere ER-tubuli [26,219] en netwerkdynamiek [26].

Interessant genoeg veroorzaakte de uitputting van SKIP of Arl8 grote veranderingen in het ER-netwerk, wat suggereert dat dit de belangrijkste route is voor de rekrutering van kinesine-1 voor dit proces, in plaats van protrudin/FYCO1 [219].Protrudin, het product van het ZFYVE27-gen , is een multi-overspannend transmembraanER-eiwit dat een overvloed aan interactoren heeft, zowel aan het ER als aan de late endosomen.

Op het ER bindt het aan de ER-vormende eiwitten atlastine, REEPs 1 en 5, reticulons 1, 3 en 4, en interageert het ook met VAP via een FFAT-motief ([224]; besproken in [225]). Het kan ook binden aan late endosomen via zijn Rab-bindende domein, dat Rab7-GTP bindt, en een FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27 en EEA1) domein, dat bindt aan het late endosomaal verrijkte fosfatidylinositol. 3-fosfaat (PI3P) [204.225].

Cruciaal is dat het ook bindt aan alle leden van de KIF5-familie, hoewel de interactie het sterkst is met KIF5A [226], wat opvallend is omdat zowel protrudine als KIF5A (maar niet KIF5B of C) erfelijke spastische paraplegie kunnen veroorzaken wanneer ze worden gemuteerd (Tabel 1).

Overexpressie van beide eiwitten veroorzaakte de vorming van uitsteeksels in niet-gepolariseerde cellen [226], vandaar de naam van protrudine [225], terwijl door siRNA gemedieerde uitputting leidde tot een uitbreiding van met CLIMP63-gelabelde velachtige gebieden naar de celrand. [224]. Gezien het potentieel van protrudine om zich te binden aan het late endosoom, onderzochten Raiborg en collega's of het betrokken was bij de vorming van MCS en ontdekten dat dit inderdaad het geval was [204].

Bovendien leidde overexpressie van protrudine tot een accumulatie van late endosomen/lysosomen aan de celperiferie, een fenotype dat eerder was waargenomen voor FYCO1, een ander PI3P- en Rab7-bindend eiwit, en waarvan werd gevonden dat het interageert met protrudine [204] .

Het voorstellen van FYCO1 en protrudine in levende cellen onthulde dat bewegende FYCO1-positieve lateendosomen een interactie aangingen met protrudine op de Eerste Hulp, waarbij ze pauzeerden of langzamer gingen terwijl ze dit deden, zich vervolgens losmaakten en sneller vertrokken. Protrudine bindt KIF5 en FYCO1 bindt KLC, en de expressie van protrudine verhoogde de hoeveelheid KIF5 die geassocieerd werd met FYCO1, wat leidde tot het model dat kinesine wordt doorgegeven van protrudine naar FYCO1 op het late-endosoom tijdens ER-late endosoomassociatie, waardoor de late endosoombeweging wordt geactiveerd zodra ze breken vrij van de Eerste Hulp.

Hoewel dit model aantrekkelijk is, is er meer formeel bewijs nodig. Wat echter duidelijk is, is dat zowel protrudine als FYCO1 belangrijk zijn voor de uitbreiding van axonen [129,195,204,227]. Er is ook aangetoond dat protrudine en FYCO1-gemedieerde late endosoomtranslocatie naar de celperiferie belangrijk zijn voor de vorming van invadopodia, waarbij lateendosomen het matrixprotease MT1-MMP afleveren voor secretie, wat noodzakelijk is voor de migratie van kankercellen [205] ].

Belangrijk is dat de positie van het late endosoom/lysosoom wordt bepaald door voedingsstatussen, zoals cholesterol- en aminozuurniveaus, die op hun beurt de rekrutering of activiteit van dyneïne en kinesine-1 reguleren [128,129,228].

Onlangs is aangetoond dat deze regulatie een grote impact heeft op de ER-dynamiek en -distributie binnen de cel [26,219]. Serum verhongerde tot een minder mobiel ER-netwerk en verminderde de late endosoom/lysosoommotiliteit, wat leidde tot een minder complex ER-netwerk in de celperiferie met minder tubulusovergangen [26]. Lu en collega's ontdekten dat een serumuithongering van 4 uur leidde tot late endosoom/lysosoomclustering en een vermindering van de hoeveelheid tubulair ER, evenals cholesterolverrijking [219].

Daarentegen veroorzaakte 24-uuruithongering of cholesteroluitputting perifere lokalisatie van endosomen zonder effect op ER-tubuli [219]. De protrudine-gemedieerde ER-endosoom/lysosoom-contactroute wordt ook beïnvloed door de voedingsstatus. De neuronale isovorm van carnitinepalmitoyltransferase 1, CPT1C, is een ER-eiwit dat wordt gereguleerd door malonyl-CoA-niveaus en gemuteerd in HSP [228].

Uit recent werk is gebleken dat CPT1C nodig is voor een goede neuronale groei en het transport van late endosomen/lysosomen naar de axontip regelt, en hiervoor is het vermogen nodig om te binden aan malonyl-CoA [228].

Het interageert met protrudine, en door het tot expressie te brengen in HeLa-cellen steeg het aandeel van naar buiten bewegende FYCO1-gelabelde late endosomen als malonyl-CoA aanwezig was, maar verminderde de beweging tot onder de controleniveaus als malonyl-CoA was uitgeput.

In tegenstelling tot protrudine was CPT1C echter aanwezig, maar niet verrijkt, bij ER-lysosoomcontacten, wat suggereert dat het de protrudine-FYCO1-kinesine-1-interactie reguleert in plaats van er rechtstreeks bij betrokken te zijn. De auteurs suggereren dat CPT1C, in de aanwezigheid van malonyl-CoA, de overdracht van kinesine-1 van protrudine naar FYCO1 op late endosomen/lysosomen bevordert, waardoor hun buitenwaartse beweging in neuronen wordt bevorderd [228].

Zoals hierboven vermeld vereist dit kinesine-overdrachtsmodel echter verder testen. Van mitochondriën is bekend dat ze uitgebreid interageren met het ER in levende cellen [22], en beweeglijke mitochondriën kunnen ER-tubuli verlengen [22,38]. ER-geassocieerde mitochondriën zijn bij voorkeur gelokaliseerd in geacetyleerde microtubuli [22], wat het voorkeursspoor is voor kinesine-1(bijv. [229]), wat een motor is voor zowel de mitochondriën (bijv. [230]) als de ER.

Er werd ook waargenomen dat mitochondriën interageren met lysosomen, en het bewegende lysosoom zou een tubulus uit het mitochondrion kunnen trekken [38]. Omdat soortgelijke dunne tubuli zich vanuit de mitochondriën uitstrekken op punten van ER-contact via de werking van KIF5B en zijn mitochondriale receptor Miro1 [230], roept dit de vraag op of de PDZD8- drieweg-MCS's tussen ER- en late endosomen induceerde , en mitochondriën zouden bij beide processen betrokken kunnen zijn.

Deze complexe interactie immobiliseerde echter in wezen de organellen [126].

MCS's zijn van vitaal belang voor veel aspecten van de ER-functie, het metabolisme en de algehele dynamiek. Dit maakt het een uitdaging om de veranderingen te interpreteren die worden waargenomen na experimenten die zijn ontworpen om één aspect van de MCS-functie te verstoren.

Dit wordt geïllustreerd door experimenten waarbij de Rab7a-functie, nodig voor late endosoom/lysosoom MCS, en betrokken bij het rekruteren van zowel kinesine-1 als dyneïne in endosomen, werd verstoord. Rab7a-uitputting, of de expressie van een GDP-locked Rab7a, leidde tot een accumulatie van CLIMP63-gelabeld velachtig ER aan de celrand, en activering van de ER-stressreactie [231].

Mateus et al. veronderstellen dat structurele veranderingen worden veroorzaakt door ER-stress, en niet door veranderingen in de ER-dynamiek [231]. Er zijn inderdaad veel manieren waarop stress MCS en de ER kan beïnvloeden (besproken in [85]). Het monitoren van ER-stressniveaus zal een belangrijke controle zijn in toekomstige onderzoeken (bijv. [219]).

3.1.3. Motoronafhankelijke ER-microtubuli-interacties

Uit vroege onderzoeken was duidelijk dat er drie soorten ER-microtubuli-interacties bestaan: motorisch aangedreven translocatie van ER-tubuli, statische interacties en de hechting van ER-tubuli aan groeiende microtubuli-uiteinden [23].

Deze laatste interactie stimuleert de uitbreiding van de tubuli via de vorming van 'tipbevestigingscomplexen', of TAC's, die voor het eerst werden gezien in ei-extracten van Xenopus [232]. In een verscheidenheid aan gekweekte cellen bleek motorisch aangedreven glijden de overhand te hebben op TAC's en statische interacties tussen ER-tubuli. tips en microtubuli [20,21,23,38], hoewel het percentage verschilde tussen celtypen [21].

TAC's bestaan ​​uit het transmembraan ER-eiwitSTIM1 (stromale interactiemolecuul 1), dat interageert met het MT plus-end-trackingproteïne EB1 [21]. STIM1 interageert met Orai1 op het plasmamembraan bij uitputting van de ER-calciumvoorraden om calciumoverdracht van buiten de cel naar het ER mogelijk te maken (zie paragraaf 2.2.5). Interessant genoeg verhinderde het activeren van dit proces het volgen van de STIM1-tip [21].

Hoewel de aanwezigheid van een TAC de snelheid van de groei en krimp van microtubuli niet veranderde, verminderde het wel de kans dat de microtubuli een catastrofe ondergingen (beginnen te depolymeriseren) [232]. ER-tubuli kunnen ook worden uitgebreid door zich via een dTAC aan een depolymeriserende microtubulus te hechten [38]; de samenstelling van ER-dTAC's is niet bekend. Waarom zijn er twee methoden om het ER naar de celperiferie te transporteren?

In het geval van Xenopus-embryo's is kinesine-1 weliswaar aanwezig in het ER, maar pas later in de ontwikkeling actief [187]. In plaats daarvan verspreidt het ER-netwerk zich door het cytoplasma via de gecombineerde activiteit van dyneïne, waardoor het naar de kern en het centrosoom wordt getrokken, en TACs het naar buiten uitstrekt terwijl microtubuli polymeriseren [184]. In gekweekte cellen zouden TAC's ervoor zorgen dat het ER tot aan de celrand reikt.

Daarentegen betekent de voorkeur van kinesine-1 voor stabiele microtubuli als sporen, misschien omdat er minder MAP7 aan hun oppervlak is gebonden, dat het zich slecht verplaatst naar het einde van nieuw gepolymeriseerde microtubuli [229].

Een belangrijke rol voor STIM1-EB1-gemedieerde ER-lokalisatie is aangetoond in neuronale groeikegels, waar STIM1 nodig is voor de oriëntatie van microtubuli en ER, wat essentieel is voor een groeikegel om naar een groeifactorgradiënt te bewegen [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com