שזורים ומאוזנים עדין: מורפולוגיה של הרשתית האנדופלזמית, דינמיקה, תפקוד ומחלות חלק 4

3. ER Dynamics

המיון מורכב לא רק בארגון שלו אלא גם בתנועתו. ההתקדמות בהבנת הדינמיקה של ER הייתה איטית יותר ממורפולוגיה של ER, שכן צינורות צרים צרים ותנועה מתמדת וסידור מחדש של הרשת הופכים את ה-ER למאתגרת לתמונה.

הרשת האנדופלזמית היא אחד האיברים החשובים בתאים ובעלת תפקידים ביולוגיים חשובים רבים, כמו סינתזת חלבון, תגובת גליקוזילציה, סינתזה ופירוק שומנים, הובלת ואחסון יונים ועוד. בנוסף, מחקרים מראים שיש גם קשר הדוק בין הרשת האנדופלזמית לזיכרון.

ראשית, הרטיקולום האנדופלזמי ממלא תפקיד חשוב מאוד בשמירה על תפקודים פיזיולוגיים תקינים של נוירונים. מספר רב של מחקרים הראו שתפקוד לקוי של הרשתית האנדופלזמית עלולה להוביל להפרעה בהתפתחות והבשלה של נוירונים, ובכך להשפיע על יכולות הלמידה והזיכרון של אנשים. במקביל, הרטיקולום האנדופלזמי מעורב גם בפלסטיות הסינפטית של נוירונים. באמצעות ויסות ההובלה ההפוכה ושחרור יוני סידן, הוא משתתף ביצירת ותחזוקה של פלסטיות סינפטית כגון התגברות ארוכת טווח ודיכאון לטווח ארוך.

שנית, מחקר מראה שלרשת האנדופלזמה יש את הפונקציה של ויסות העברה עצבית. הרטיקולום האנדופלזמי משפיע באופן ישיר או עקיף על התקשורת בין נוירונים על ידי ויסות הסינתזה וההובלה של נוירוטרנסמיטורים. לכן, תפקוד לקוי של הרשת האנדופלזמית עלול לייצר חוסר איזון חמור של נוירוטרנסמיטורים, מה שמוביל לתוצאות שליליות כגון אובדן זיכרון וניוון נפשי.

לבסוף, הרטיקולום האנדופלזמי יכול גם לסנתז ולאחסן כמויות גדולות של שומנים, כולל ספינגומילין, הנדרש על ידי נוירונים. ספינגומילין חשוב ביותר לשמירה על היציבות והתפקוד של נוירונים. לכן, היכולת של הרשת האנדופלזמית לווסת את הספינגומילין משפיעה ישירות על איכות העבודה של המוח והזיכרון של אנשים.

לסיכום, הקשר בין הרשת האנדופלזמית לזיכרון הוא בלתי נפרד. על ידי חיזוק ההבנה והוויסות של תפקוד הרטיקולום האנדופלזמי, נוכל להגן טוב יותר ולשפר את הזיכרון של אנשים, ובכך לשפר את איכות החיים והלמידה. ניתן לראות שעלינו לשפר את הזיכרון, ו-Cistanche deserticola יכולה לשפר משמעותית את הזיכרון מכיוון ש-Cistanche deserticola הוא חומר רפואי סיני מסורתי בעל השפעות ייחודיות רבות, אחת מהן היא שיפור הזיכרון. היעילות של Cistanche deserticola מגיעה מהרכיבים הפעילים המרובים שהיא מכילה, כולל חומצה טאנית, פוליסכרידים, גליקוזידים פלבנואידים וכו'. מרכיבים אלו יכולים לקדם את בריאות המוח באמצעות מגוון מסלולים.

לחץ על דע זיכרון לטווח קצר כיצד לשפר

ניתן לסווג דינמיקה של ER בתאי יונקים לשלושה סוגים: תנודה של רכיבי רשת מבוססים; הדינמיקה של חלקיקים בתוך לומן ה-ER או הממברנה; ויצירת רכיבי רשת חדשים (ראה איור 3).

מטרת הדינמיקה של ER עדיין לא ברורה, אבל התיאוריה השלטת היא שתנודות מאיצות את התהליכים המבוצעים ב-ER על ידי הקלה על תנועתם של חלקיקים לומנאליים וטרנסממברניים [25,180,181].

3.1. בקרת ציטו-שלד של ER Dynamics

המיון מסדר כל הזמן את הארגון המרחבי שלו. הדינמיקה המרשימה של ה-ER נצפתה בתאי CV1 מתורבתים חיים [182], תאי ריאות ניוט [23] וקונטוני גדילה בנוירונים מתורבתים [183] ​​הרבה לפני גילוי חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP), על ידי שימוש בצבע הליפופילי DiOC6.

ניתן למשוך צינורות חדשים מהרשת הקיימת ולהתמזג לצינורות או צמתים שכנים כדי ליצור חיבורים חדשים, ומצולעי רשת יכולים להיווצר ולהיעלם ([182]; איור 4). תנועה זו המונעת על ידי מיקרוטובוליות מתוארת בסעיף 3.1.1. גם הפרופורציה של הרשת בסדינים ובצינורות יכולה להשתנות באופן דינמי.

גליונות ER מתארגנים מחדש לצינוריות כאשר ריבוזומים מופשטים מפני השטח שלהם עם פורומיצין [45]. כפי שמתואר להלן, עיכוב תנועת צינוריות מבוססת מיקרוטובולה יכולה בתורה להגדיל את חלקם של אזורים דמויי גיליון. דווח כי כניסה למיטוזה מעוררת הרחבת גיליון [37,43,184], אם כי מחקרים אחרים הדגימו אבובולציה מיטוטית משופרת [45] המונעת על ידי REEPs 3 ו-4 [185].

ארגון מחדש דינמי כזה עשוי לסייע לאברון לדגום את נפח התאי במהירות [1] ולהגיב לשינויים בדרישות התא ובסטטוס התזונתי (סעיף 3.1.3).

מנועי מיקרו-צינוריות הקשורים ל-ER אינם האמצעים היחידים שבאמצעותם ה-ER מקיים אינטראקציה עם השלד הציטומטי, ובסעיפים הבאים, אנו מתארים כיצד ניתן להרחיב את ה-howtubules גם על ידי אינטראקציות עם מיקרו-צינוריות צומחות באמצעות קומפלקסים של חיבור קצה (TACs) ועל ידי קשר עם MCSs תנועתי.

אינטראקציות סטטיות של צינוריות ER עם מיקרו-צינוריות והתפקיד שממלא שלד ציטו-האקטין מתוארים גם כן.

3.1.1. Microtubule Motors Drive ER Dynamics

מחקרים מוקדמים בשימוש ב-DiOC6 גילו כי צינוריות ER בפריפריה התא לעתים קרובות מתואמות באופן הדוק עם מיקרו-צינוריות [23,183,186], כפי שאושר במחקרים רבים שלאחר מכן (למשל, [21,38,187]).

סידור מחדש של הטבעת והסתעפות צינוריות מתרחשים גם בקשר עם מיקרוטובולים [38]. דה-פולימריזציה של מיקרו-צינוריות עיכבה לחלוטין את הדינמיקה של ER tubule ודינמיקה של רשת בתאי VERO [20] הגדילה את כמות ה-ER במבנים דמויי גיליון והפחיתה את הרשת הצינורית [20,37,38,186,188].

תאים חיים מדמיינים ברזולוציה גבוהה הראו שגליונות אלה מורכבים מתערובת של מורפולוגיות, כולל יריעות עבות, יריעות דקות יותר המכילות ננו-חורים ורשתות צינוריות צפופות [33], מה שמרמז שמיקרו-צינוריות לא רק שולטות במיקום רשת ה-ER אלא גם תורמות ל הארגון המפורט של תחומי ממברנות ER.

הדמיה ישירה של צינורות דמויי ER המשתרעים לאורך מיקרוטובוליות הגיעה תחילה מבחני מבחנה תוך שימוש בתמציות מתאי CV1 [189] או מביצי Xenopus interphase [190] שבהן מיקרוסקופיה משופרת של ניגודיות הפרעות דיפרנציאלית גילתה גלישה ללא צינוריות של ממברנה לאורך מיקרוטובולים. רשתות Xenopus הוכחו כ-ER על ידי תיוג נוגדנים ונוכחות של פוליזומים על פני הממברנה [19].

תנועתיות הביאה את הצינוריות במגע זה עם זה, וכתוצאה מכך היתוך צינוריות [19,20,189] שהיה תלוי באטלסטין [184]. בנוסף, גם ER חלק וגם מחוספס מכבד חולדה יצרו רשתות תנועתיות בשילוב עם ציטוסול ביצת Xenopus interphase, מה שמדגים שימור בין מינים של תנועתיות והיתוך ממברנה [191]. עם זאת, אם ריכוז הממברנה גבוה מספיק במבחנה, רשת צינוריות ER יכולה להיווצר בהיעדר מיקרוטובולים [192].

ההחלקה המונעת המוטורית של צינוריות ER לאורך מיקרוטובוליות הוצגה מאז פעמים רבות באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי (למשל, [20-22,38]). היות והמיקרוטובוליות מכוונות ברוב התאים הלא-עצביים התרבותיים עם קצוות ה'פלוס' הדינמיים שלהם לכיוון פריפריית התא, החלקה מהירה של צינורות ER החוצה דורשת מנוע מיקרו-טובולי מכוון אפלוס-קצה. החבר המייסד של משפחת העל הקינזין, קינזין-1, אחראי לתנועתיות זו [20,193,194].

עיכוב של קינזין-1 לא רק עיכב את תנועת הצינוריות החוצה, אלא גם הגדיל את הפרופורציה של אזורי גיליון ER בפריפריה של התא [20]. בהתחשב בכך שאזורים דמויי יריעה יכולים להיות מורכבים מרשתות צינוריות דקות שהצטברו [34] או יריעות המכילות ננו-חורים [33], יהיה מעניין לראות אם יריעות אלו מתאימות לאחד מסוגי המבנה, או אם יש תערובת של מורפולוגיות, כפי שנראה לאחר טיפול בנוקודאזול [33].

רוב הקינזין -1 בתאי בעלי חיים istetrameric, הכולל שתי יחידות משנה מוטוריות זהות (KIF5) ושתי KLCs זהות [195]. בעלי חוליות מבטאים שלושה גנים KIF5: KIF5B בא לידי ביטוי בכל מקום, בעוד KIF5A ו-C מועשרים נוירונלית. נחזור ל-KIF5A מאוחר יותר מאחר שמוטציות גורמות למחלות נוירודגנרטיביות (טבלה 1) [195]. ישנם ארבעה גנים KLC, כאשר KLCs 1, 2 ו-4 מתבטאים באופן נרחב.

KLC1 ​​קיים במספר צורות שחבורות לסירוגין, כאשר KLC1B נדרש לתנועתיות ER [20,193]. שאלה חשובה בולטת היא זהות הקולטן לקינזין-1 ב-ER. הוצעו כמה מועמדים, אבל יש אזהרות עם כל שלהם. יתכנו קולטנים שונים בתאים עצביים לעומת תאים שאינם עצביים, וברקמות שונות. קינקטין זוהה באמצעות נוגדן חד שבטי חוסם תפקודים [196] ונקשר ל-KIF5 C-terminus [197].

קינקטין היה מעורב בוויסות הדינמיקה של הדבקה מוקדית במהלך כימוטקסיס על ידי קידום מיקוד ER להידבקויות מוקדיות בקצה המוביל של התא [198,199].

מעניין לציין ש-Rab18 נדרש לתהליך זה ויוצר קומפלקס טרינרי עם קינקטין וקינזין-1 [198]. עם זאת, לעכברי נוק-אאוט של קינקטין לא היו פנוטיפ, עם התפלגות ER (ואברונים אחרים) תקינים ב-KO MEFs [200].

יתר על כן, בנוירונים מתורבתים, ה-ER משתרע לאורך כל האקסונים, אך קינקטין נצפה רק בגוף התא [194], בהתאם לתפקידו המוצע בשמירה על מרווח ER-sheet [13].

עם זאת, דלדול ה-siRNA של קינקטין הפחית את הדינמיקה של רשת ER בתאי Cos-7 [26]. באופן מסקרן, Rab10 מעורב גם בוויסות היווצרות ERtubule [7] ודווח כי הוא יוצר קומפלקס עם JIP1, מתאם קינזין המובע עצבי, ו- KLC1, כדי לקדם את ההובלה של שלפוחיות הפרשה במהלך קיטוב עצבי וצמיחת אקסונים [201].

האם קומפלקס זה מעורב בהרחבת ERtubule בנוירונים, והאם יש צורך בקומפלקס Rab18-kinectin-KIF5B עבור הארכת ERtubule בתאים שאינם נודדים הן שאלות פתוחות. קולטן ER kinesin-1 מועמד נוסף הוא p180 , אשר חולק הומולוגיה עם תחום מחייב kinectin'skinesin-1 [202], ואשר, בדומה לקינקטין, בוצע לוקליזציה גם לאזורים מרכזיים בתאים שאינם נוירונים [13,16,194].

 בנוירונים מתורבתים, לעומת זאת, p180 התמקם לא רק ליריעות בגוף התא, אלא גם לצינוריות באקסונים, אך לא לדנדריטים [194], מיקום תואם לקישור KIF5. עם זאת, סביר להניח שהוא יפעל כעוגן בין ה-ER לבין המיקרוטובולים ולא כקולטן לקינזין-1 (ראה סעיף 3.1.3). ישנם שני קולטני קינזין מועמדים נוספים.

פרוטרודין (שם גן ZFYVE27) הוא חלבון קושר קינזין תושב ER עם תפקיד מפתח ביצירת תנועתיות תנועתיות של lateendosome-ER MCS, כמתואר בסעיף 3.1.2. עם זאת, הוא מתבטא ברמות נמוכות מאוד (לא מזוהה בפרוטאום התא של HeLa [203]), ובעוד שדלדול שלו עם siRNA מוביל להתקבצות מאוחרת של האנדוזום במרכז התא [204,205], לא ברור איזו השפעה יש לזה על הפצת ER.

לבסוף, הוכח שה-ER-localised transmembrane DNA-J-domainprotein B14 יוצר אינטראקציה עם KIF5B כדי ליצור אתר לשחרור וירוס SV40 מה-ER [206], אך המעורבות שלו בדינמיקה ER רגילה נותרה להיבדק.

בהתחשב בכך שה-ER משתרע החוצה מהמעטפת הגרעינית לכיוון פריפריית התא, ממצא בלתי צפוי היה שצינוריות ER נעו לכיוון מינוסים של microtubule בתמציות ביציות קסנופוס בין-פאזיות, מונעות על ידי דיניין [19,184,190,207,208].

זה מתאים לדרישה של דיניין במעטפת הגרעינית כדי להניע הגירה פרו-גרעינית, אשר ניתן להרכיב מחדש בתמציות אלו [209]. עם זאת, תנועתיות ER מונעת באופן בלעדי נמשכה אפילו בתמציות שנעשו מעוברים לאחר חלוקת התא החמישי: תנועת ER תלויה קינזין נראתה רק כאשר נעשה שימוש בציטוסול מקו תאי ראשן [187].

עבודה אחרונה סיפקה הסבר מספק לתופעה זו [210]: המאגר הפרי-גרעיני של ER המצטבר עקב פעילות דיניין נחוץ כדי להרכיב את הגרעינים הגדולים שנראו בעוברים מוקדמים (עוברי קיפוד ים ועוברי קסנופוס במחקר זה).

יתר על כן, ביטוי רטיקולון נוסף 4b הפחית את גודל הגרעינים, ככל הנראה על ידי הפחתת היווצרות של אזורי גיליון ER [210]. תמציות ביציות קסנופוס חשפו גם שינויים תלויי מחזור תאים בדינמיקה של ER, כאשר תנועה מונעת על ידי דיניין מעוכבת בתמציות מעוכבות במטאפאזה [184,190,207] בעוד שתנועתיות ER-מונעת מיוזין V על חוטי אקטין הופעלה [211].

גליונות ER הצטברו [184], כפי שדווח בתאי HeLa מיטוטיים [37], אם כי מחקרים אחרים סותרים זאת [45,185]. דיניין אינו רק מנוע ER חשוב בתאים עובריים. כמחצית מתנועות הצינוריות המהירות בתאי VERO התרחשו לכיוון מרכז התא והן מונעות על ידי דיניין [20].

יתר על כן, העיכוב של דיניין הוביל להצטברות עמוקה של ER-sheets בפריפריה של התא מבלי להשפיע כלפי חוץ, על תנועה מונעת קינזין [20]. בדומה, הן דיניין והן קינזין-1 מניעות את תנועתיות הצינורית של ER באקסונים [194] ו דנדריטים [212,213] של נוירונים בהיפוקמפוס מכרסמים מתורבתים. עד כה, הקולטן לדינינון ה-ER לא זוהה באף מערכת, בניגוד ל-ERES (סעיף 2.2.2).

דוגמה אחרונה לתנועה מונעת מיקרו-צינוריות המערבת את ER מסופקת על ידי הגירה ומיקום גרעיניים. כמו גם ההגירה הפרו-גרעינית שהוזכרה לעיל, קינזין ודיניין מתאמים את המיקום הגרעיני במצבים רבים ושונים, כגון במהלך הגירה גרעינית נוירונית במהלך התפתחות המוח [214] ותנועה גרעינית בשלבים רבים של התפתחות C. elegans [215].

Dynein במעטפת הגרעינית חשוב להפרדה צנטרוזום בסוף G2/prophase ומקל על פיצול גרעיני מעטפת (נסקרה ב- [216]). Kinesin-1 מעורב גם במיקום צנטרוזום וגרעיני בתאים לא מקוטבים, שם הוא מגויס למעטפת הגרעינית על ידי RanBP2 ו-BICD2 [217].

מעניין, נספרין 4 מתבטא באופן ספציפי במעטפת הגרעינית החיצונית באפיתליה מקוטבת, שם הוא מגייס קינזין-1 אשר לאחר מכן מעביר את הגרעין לבסיס התא [218].

For more information:1950477648nn@gmail.com