Terjalin Dan Seimbang: Morfologi, Dinamika, Fungsi, dan Penyakit Retikulum Endoplasma Bagian 5

3.1.2. Dinamika ER yang Dimediasi MCS

Selain perluasan tubulus yang digerakkan oleh motor langsung pada membran RE, dinamika ER dapat disebabkan oleh lokasi kontak membran RE dengan endosom awal dan akhir, lisosom, dan mitokondria [22,26,38,74,75,84–{{6} },204,219,220] yang bergerak sepanjang mikrotubulus.

Penelitian menemukan bahwa asam hidrolase dalam lisosom dapat memecah protein dan mengubahnya menjadi asam amino, yang dapat digunakan oleh sel untuk mensintesis protein baru. Proses ini penting untuk pembelajaran dan memori, karena sintesis protein berkaitan erat dengan pembentukan memori.

Selain itu, lisosom juga dapat menjaga kesehatan sel dengan cara memecah limbah sel yang tertelan dan zat berbahaya serta membuang limbah dan racun dari dalam sel. Proses ini juga penting untuk melindungi kelangsungan hidup dan fungsi neuron. Neuron adalah sel otak kita dan memainkan peran penting dalam proses pembelajaran dan memori. Jika neuron terpengaruh oleh limbah seluler dan zat berbahaya, fungsi dan kemampuan mereka untuk bertahan hidup akan sangat terganggu, sehingga mempengaruhi pembentukan dan retensi memori.

Oleh karena itu, menjaga fungsi dan kesehatan lisosom sangat penting untuk meningkatkan daya ingat dan melindungi kelangsungan hidup dan fungsi neuron. Bagaimana cara menjaga fungsi dan kesehatan lisosom? Pertama-tama, kita perlu memperhatikan asupan zat gizi, terutama asupan zat gizi penting seperti protein; kedua, kita perlu menjaga tidur dan olahraga yang cukup; Terakhir, kita perlu menghindari kebiasaan hidup yang buruk seperti begadang untuk mengurangi stres hidup dan beban fisik.

Singkatnya, hubungan antara lisosom dan memori sangat erat. Dengan berfokus pada menjaga fungsi dan kesehatan lisosom, kita dapat meningkatkan daya ingat dan melindungi kelangsungan hidup dan fungsi saraf, sehingga meningkatkan kesehatan dan perkembangan tubuh. Terlihat bahwa kita perlu meningkatkan daya ingat, dan Cistanche deserticola dapat meningkatkan daya ingat secara signifikan, karena Cistanche deserticola memiliki efek antioksidan, anti inflamasi, dan anti penuaan, yang dapat membantu mengurangi reaksi oksidasi dan inflamasi di otak, sehingga melindungi otak. kesehatan sistem saraf. Selain itu, Cistanche deserticola juga dapat mendorong pertumbuhan dan perbaikan sel saraf, sehingga meningkatkan konektivitas dan fungsi jaringan saraf. Efek ini dapat membantu meningkatkan daya ingat, kemampuan belajar, dan kecepatan berpikir, serta mencegah berkembangnya disfungsi kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Klik Tahu untuk meningkatkan memori jangka pendek

Ini adalah contoh proses yang disebut 'menumpang', di mana satu organel menyediakan motor dan menggerakkan pergerakan muatan lain yang tidak bergerak dengan sendirinya [38,221,222]. Penelitian awal pada pergerakan tubulus ER mengidentifikasi domain motil yang berbeda secara morfologis di ujung-ujungnya. beberapa tubulus ER bergerak [182,191].

Namun, terdapat bukti yang jelas dari mikroskop cahaya yang ditransmisikan dan pelabelan DiOC6 bahwa tubulus ER sendiri dapat bertranslokasi langsung di sepanjang mikrotubulus, tanpa perlu menumpang dengan organel lain [19,182,183,190].

Sekitar setengah dari endosom positif Rab5-dalam sel Cos-7 melekat pada ER selama pencitraan [75], dan ketika dicitrakan pada kecepatan bingkai rendah (1 bingkai per 1,5 detik) tampak kurang bergerak dibandingkan lisosom terkait ER [219], dan kecil kemungkinannya menyebabkan mobilitas tubulus ER [26].

Namun, pencitraan langsung pada frame rate cepat yang diperlukan untuk menangkap pergerakan endosom awal yang cepat telah mengungkapkan bahwa endosom yang bergerak dapat bertranslokasi menuju tubulus ER, meraihnya, dan terus bergerak, menarik keluar tubulus ER di belakangnya ([74]; Gambar 4).

Ketika endosom awal bergerak terutama menuju pusat sel, didorong oleh dynein [74,223], menumpang pada endosom awal mungkin menyebabkan beberapa perluasan tubulus ER yang bergantung pada dynein [20].

Bagaimana dynein dan kinesin direkrut ke endosom awal, dan peran kinesin-1 dalam pergerakannya, tidak sepenuhnya dipahami. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa 30–50% peristiwa perluasan tubulus RE didorong oleh menumpang pada endosom/lisosom akhir bergerak sepanjang mikrotubulus, sementara 40% tubulus bergerak sepanjang mikrotubulus secara independen, dan sisanya dimediasi oleh TACs ataudTACs (lihat di bawah) [26,38,219].

Anehnya, hampir semua lisosom dikaitkan dan dipindahkan dengan jaringan ER (219). Lisosom yang dicitrakan sebelum, selama, dan setelah acara menumpang terlihat melambat ketika menempel pada tubulus RE [204,219], mungkin karena hambatan yang lebih kecil untuk menangkal gaya yang dihasilkan oleh motor lisosom ketika tidak memanjangkan tubulus RE.

Dua protein residen ER yang terlibat dalam sintesis fosfolipid, PIS, dan CEPT1, yang sebelumnya telah terbukti berada di ujung tubulus motil bersama dengan Rab10 (7), dikaitkan dengan peristiwa tumpangan LE/lisosom (26).

Sekali lagi, dynein dan kinesin-1 adalah motor utama yang mendorong pergerakan endosom/lisosom yang terlambat, dan ada beberapa cara di mana mereka direkrut dan dikendalikan, beberapa di antaranya melibatkan interaksi dengan UGD (diulas dalam [128,129]). Dynein dapat direkrut melalui RILP dan Rab7 (jika terdapat kadar kolesterol tinggi); ALG2 dan TRPML1 (diatur oleh PI(3,5)P2 dan kalsium); atau JIP4 dan TMEM55B (dipromosikan oleh kelaparan, yang meningkatkan transkripsi TMEM55B melalui mTORC1) [128,129]. Kinesin-1 direkrut oleh SKIP dan Arl8 (diregulasi oleh BORC), atau FYCO1 dan Rab7 (diregulasi oleh PI(3)P dan melibatkan protrudin di UGD: lihat di bawah), dan kedua hubungan tersebut melalui KLC [128,129].

Pertanyaannya adalah apakah berbagai mekanisme ini berfungsi secara paralel pada organel yang sama, atau apakah terdapat seleksi spasial (misalnya, pada subdomain membran tertentu), atau peralihan bergantung pada status metabolisme, atau masukan lainnya.

Jika hanya 30–50% tubulus ER yang bergerak berhubungan dengan endosom/lisosom akhir, seberapa pentingkah tumpangan ER ini bagi organisasi ER secara keseluruhan? Dua penelitian terbaru menunjukkan bahwa setidaknya dalam sel Cos-7, jawabannya adalah-sangat.

Mengganggu endosomMCS akhir ER dengan penipisan VAPA yang dimediasi RNAi (yang mengikat ORP1L untuk mengikat LE ke ER melalui Rab7: [128]) juga mengganggu morfologi ER dan mengurangi luas tubulus ER dan kompleksitas jaringan, terutama di pinggiran [26,219], dengan knockdown seluruh anggota keluarga ER VAP (VAPA, VAPB, dan MOSPD2) memberikan fenotipe yang lebih kuat [26].

Selain itu, memanipulasi motor yang ada pada endosom/lisosom akhir memberikan cara yang berguna untuk memicu pergerakan endosom ke dalam atau ke luar, yang menyebabkan pengurangan atau peningkatan tubulus ER perifer [26,219] dan dinamika jaringan [26].

Menariknya, penipisan SKIP atau Arl8 menyebabkan perubahan besar dalam jaringan ER, menunjukkan bahwa ini adalah jalur utama perekrutan kinesin-1 untuk proses ini, daripada protrudin/FYCO1 [219].Protrudin, produk dari gen ZFYVE27 , adalah protein transmembranER multispanning yang memiliki banyak interaksi, baik di ER maupun di endosom akhir.

Di ER, ia berikatan dengan protein pembentuk ER atlastin, REEPs 1 dan 5, reticulons 1, 3, dan4, dan juga berinteraksi dengan VAP melalui motif FFAT ([224]; diulas dalam [225]). Ia juga dapat berikatan dengan endosom akhir melalui domain pengikat Rabnya, yang mengikat Rab7-GTP, dan domain FYVE(Fab-1, YGL023, Vps27, dan EEA1), yang berikatan dengan fosfatidilinositol yang diperkaya secara endosom akhir 3-fosfat (PI3P) [204.225].

Yang terpenting, ia juga mengikat semua anggota keluarga KIF5, meskipun interaksinya paling kuat dengan KIF5A [226], yang sangat mengejutkan mengingat protrudin dan KIF5A (tetapi bukan KIF5B atau C) dapat menyebabkan spastikparaplegia herediter ketika bermutasi (Tabel 1).

Ekspresi berlebih dari salah satu protein menyebabkan pembentukan tonjolan pada sel yang tidak terpolarisasi [226], oleh karena itu dinamakan protrudin [225], sedangkan penipisan yang dimediasi siRNA menyebabkan perluasan daerah seperti lembaran berlabel CLIMP63-ke dalam pinggiran sel [224].Mengingat potensi protrudin untuk berikatan dengan endosom akhir, Raiborg dan rekan kerja menyelidiki apakah protrudin terlibat dalam pembentukan MCS dan menemukan bahwa memang demikian [204].

Lebih lanjut, ekspresi berlebih dari protrudin menyebabkan akumulasi endosom/lisosom akhir di pinggiran sel, sebuah fenotipe yang sebelumnya terlihat pada FYCO1, protein pengikat PI3P dan Rab7-lainnya, dan ditemukan berinteraksi dengan protrudin [204] .

Membayangkan FYCO1 dan protrudin dalam sel hidup menunjukkan bahwa endosom akhir FYCO1-positif yang bergerak berinteraksi dengan protrudin di UGD, berhenti atau melambat saat melakukan hal ini, lalu terlepas dan berpindah lebih cepat. Protrudin mengikat KIF5 dan FYCO1 mengikat KLC, dan ekspresi protrudin meningkatkan jumlah KIF5 yang ditemukan terkait dengan FYCO1, mengarah pada model bahwa kinesin diteruskan dari protrudin ke FYCO1 pada endosom akhir selama asosiasi endosom akhir ER, sehingga mengaktifkan pergerakan endosom akhir setelah mereka putus. bebas dari UGD.

Meskipun model ini menarik, diperlukan bukti yang lebih formal. Yang jelas, protrudin dan FYCO1 penting untuk ekstensi akson [129,195,204,227]. Translokasi endosom akhir yang dimediasi oleh Protrudin dan FYCO1-ke pinggiran sel juga telah terbukti penting untuk pembentukan invadopodia, di mana endosom akhir mengirimkan matriks protease MT1-MMP untuk sekresi, yang diperlukan untuk migrasi sel kanker [205 ].

Yang penting, posisi endosom/lisosom akhir dikontrol oleh status nutrisi, seperti kadar kolesterol dan asam amino, yang pada gilirannya mengatur perekrutan atau aktivitas dynein dan kinesin [128,129,228].

Peraturan ini baru-baru ini terbukti memiliki dampak besar pada dinamika dan distribusi ER di dalam sel [26,219]. Kelaparan serum menyebabkan jaringan RE yang kurang mobile dan mengurangi motilitas endosom/lisosom akhir, menyebabkan jaringan RE yang kurang kompleks di pinggiran sel dengan sambungan tubulus yang lebih sedikit [26]. Lu dan rekan kerjanya menemukan bahwa kelaparan serum selama 4 jam menyebabkan pengelompokan endosom/lisosom yang terlambat, dan penurunan proporsi ER tubular, seperti halnya pengayaan kolesterol [219].

Sebaliknya, kelaparan selama satu jam atau penipisan kolesterol memicu lokalisasi endosom di perifer tanpa berpengaruh pada tubulus RE [219]. Jalur kontak ER-endosom/lisosom yang dimediasi protrudin juga dipengaruhi oleh status nutrisi. Isoform neuron karnitin palmitoyltransferase 1, CPT1C, adalah protein ER yang diatur oleh kadar malonil-CoA dan bermutasi dalam HSP (228).

Penelitian terbaru mengungkapkan bahwa CPT1C diperlukan untuk pertumbuhan neuron yang tepat dan mengontrol pengangkutan endosom/lisosom akhir ke ujung akson, dan ini memerlukan kemampuannya untuk berikatan dengan malonil-CoA [228].

Ia berinteraksi dengan protrudin, dan mengekspresikannya dalam sel HeLa meningkatkan proporsi FYCO yang bergerak keluar1-yang diberi label endosom akhir jika terdapat malonil-KoA, namun mengurangi pergerakan hingga di bawah tingkat kontrol jika malonil-KoA habis.

Namun, tidak seperti protrudin, CPT1C hadir, tetapi tidak diperkaya, pada kontak ER-lisosom, menunjukkan bahwa ia mengatur interaksi protrudin-FYCO1-kinesin-1 daripada terlibat langsung. Para penulis menyarankan bahwa dengan adanya malonil-CoA, CPT1C mendorong transfer kinesin-1 dari protrudin ke FYCO1 pada endosom/lisosom akhir, sehingga mendorong pergerakan keluarnya dalam neuron [228].

Namun, seperti disebutkan di atas, model transfer kinesin ini memerlukan pengujian lebih lanjut. Mitokondria diketahui berinteraksi secara luas dengan ER dalam sel hidup [22], dan mitokondria motil dapat memperluas tubulus ER [22,38]. Mitokondria yang berhubungan dengan ER lebih disukai terlokalisasi pada mikrotubulus asetat [22], yang merupakan jalur pilihan untuk kinesin-1(misalnya, [229]), yang merupakan motor untuk mitokondria (misalnya, [230]) dan UGD.

Mitokondria juga terlihat berinteraksi dengan lisosom, dan lisosom yang bergerak dapat menarik keluar tubulus tipis dari mitokondria [38]. Karena tubulus tipis serupa ditemukan memanjang dari mitokondria pada titik kontak ER melalui aksi KIF5B dan reseptor mitokondria Miro1 [230], hal ini menimbulkan pertanyaan apakah PDZD8-menginduksi MCS tiga arah antara ER, endosom akhir , dan mitokondria dapat terlibat dalam kedua proses tersebut.

Namun, interaksi kompleks ini pada dasarnya melumpuhkan organel [126].

MCS sangat penting untuk banyak aspek fungsi ER, metabolisme, dan dinamika keseluruhan. Hal ini menyulitkan interpretasi perubahan yang terlihat setelah eksperimen yang dirancang untuk mengganggu salah satu aspek fungsi MCS.

Hal ini dicontohkan oleh eksperimen di mana fungsi Rab7a yang diperlukan untuk MCS endosom/lisosom akhir, dan terlibat dalam perekrutan kinesin-1 dan dynein ke endosom-terganggu. Penipisan Rab7a, atau ekspresi Rab7a yang dikunci PDB, menyebabkan akumulasi CLIMP63-berlabel ER berbentuk lembaran di pinggiran sel, dan aktivasi respons stres ER [231].

Mateus dkk. berhipotesis bahwa perubahan struktural disebabkan oleh tekanan ER, bukan perubahan dinamika ER [231]. Memang benar, ada banyak cara dimana stres dapat mempengaruhi MCS dan ER (diulas dalam [85]). Memantau tingkat stres ER akan menjadi kontrol penting dalam penelitian di masa depan (misalnya, [219]).

3.1.3. Interaksi ER-Mikrotubulus Motor-Independen

Jelas dari penelitian awal bahwa ada tiga jenis interaksi ER-mikrotubulus: translokasi tubulus ER yang digerakkan oleh motor, interaksi statis, dan perlekatan tubulus ER ke ujung mikrotubulus yang sedang tumbuh [23].

Interaksi terakhir mendorong perluasan tubulus melalui pembentukan 'tip attachment complexes', atau TAC, yang pertama kali terlihat pada ekstrak telur Xenopus [232]. Dalam berbagai sel yang dikultur, pergeseran yang digerakkan oleh motor terlihat mendominasi dibandingkan TAC dan interaksi statis antara tubulus ER. tip dan mikrotubulus [20,21,23,38], meskipun persentasenya berbeda antar tipe sel [21].

TAC terdiri dari protein ER transmembranSTIM1 (molekul interaksi stroma 1), yang berinteraksi dengan MT plus-end-trackingprotein EB1 (21). STIM1 berinteraksi dengan Orai1 di membran plasma setelah habisnya simpanan kalsium ER untuk memungkinkan transfer kalsium dari luar sel ke dalam RE (lihat Bagian 2.2.5). Menariknya, memicu proses ini mencegah pelacakan ujung STIM1 [21].

Meskipun kehadiran TAC tidak mengubah laju pertumbuhan dan penyusutan mikrotubulus, hal ini mengurangi kemungkinan mikrotubulus mengalami bencana (mulai mengalami depolimerisasi) [232]. Tubulus ER juga dapat diperluas dengan menempel pada mikrotubulus depolimerisasi melalui dTAC [38]; komposisi dTAC ER tidak diketahui. Mengapa ada dua metode untuk mengangkut ER menuju pinggiran sel?

Dalam kasus embrio Xenopus, meskipun kinesin-1 terdapat di ER, ia tidak aktif sampai perkembangan selanjutnya [187]. Sebaliknya, jaringan ER didistribusikan ke seluruh sitoplasma melalui aktivitas gabungan dynein yang menariknya menuju nukleus dan sentrosom, dan TAC merentangkannya ke luar saat mikrotubulus berpolimerisasi. Dalam sel yang dikultur, TAC akan memastikan ER mencapai tepi sel.

Sebaliknya, preferensi kinesin-1 terhadap mikrotubulus stabil sebagai jalur, mungkin karena mikrotubulus tersebut memiliki lebih sedikit ikatan MAP7 pada permukaannya, berarti ia melakukan translokasi yang buruk ke ujung mikrotubulus yang baru terpolimerisasi [229].

Peran penting untuk lokalisasi ER yang dimediasi STIM1-EB1-telah ditunjukkan dalam kerucut pertumbuhan saraf, di mana STIM1 diperlukan untuk orientasi mikrotubulus dan ER yang penting agar kerucut pertumbuhan bergerak menuju gradien faktor pertumbuhan [ 233].

For more information:1950477648nn@gmail.com