Entrelaçados e finamente equilibrados: morfologia, dinâmica, função e doenças do retículo endoplasmático, parte 4

3. Dinâmica de ER

O RE não é apenas complexo na sua organização, mas também no seu movimento. O progresso na compreensão da dinâmica do RE tem sido mais lento do que a morfologia do RE, já que os túbulos estreitos e o movimento constante e o rearranjo da rede tornam o RE um desafio para a imagem.

O retículo endoplasmático é um dos órgãos importantes das células e tem muitas funções biológicas importantes, como síntese de proteínas, reação de glicosilação, síntese e decomposição de lipídios, transporte e armazenamento de íons, etc. entre o retículo endoplasmático e a memória.

Primeiro, o retículo endoplasmático desempenha um papel muito importante na manutenção das funções fisiológicas normais dos neurônios. Um grande número de estudos mostrou que a disfunção do retículo endoplasmático pode levar à interferência no desenvolvimento e maturação dos neurônios, afetando assim as habilidades de aprendizagem e memória das pessoas. Ao mesmo tempo, o retículo endoplasmático também está envolvido na plasticidade sináptica dos neurônios. Através da regulação do transporte reverso e da liberação de íons cálcio, participa da formação e manutenção da plasticidade sináptica, como potencialização e depressão de longo prazo.

Em segundo lugar, pesquisas mostram que o retículo endoplasmático tem a função de regular a neurotransmissão. O retículo endoplasmático afeta direta ou indiretamente a comunicação entre os neurônios, regulando a síntese e o transporte de neurotransmissores. Portanto, a disfunção do retículo endoplasmático pode produzir graves desequilíbrios de neurotransmissores, levando a consequências adversas como perda de memória e degeneração mental.

Finalmente, o retículo endoplasmático também pode sintetizar e armazenar grandes quantidades de lipídios, incluindo a esfingomielina, necessária aos neurônios. A esfingomielina é extremamente importante para manter a estabilidade e a função dos neurônios. Portanto, a capacidade do retículo endoplasmático de regular a esfingomielina afeta diretamente a qualidade do trabalho do cérebro e da memória das pessoas.

Resumindo, a relação entre retículo endoplasmático e memória é inseparável. Ao fortalecer a compreensão e a regulação da função do retículo endoplasmático, podemos proteger e melhorar melhor a memória das pessoas, melhorando assim a qualidade de vida e a aprendizagem. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e a Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque a Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês que tem muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da Cistanche deserticola vem dos múltiplos ingredientes ativos que contém, incluindo ácido tânico, polissacarídeos, glicosídeos flavonóides, etc.

Clique em Conhecer memória de curto prazo como melhorar

A dinâmica do RE em células de mamíferos pode ser categorizada em três tipos: a oscilação dos elementos da rede estabelecida; a dinâmica das partículas dentro do lúmen ou membrana do RE; e a geração de novos elementos de rede (ver Figura 3).

O propósito da dinâmica do RE ainda não está claro, mas a teoria predominante é que as oscilações aceleram os processos realizados no RE, facilitando o movimento das partículas luminais e transmembrana [25,180,181].

3.1. Controle Citoesquelético da Dinâmica ER

O RE reorganiza constantemente a sua organização espacial. A dinâmica impressionante do RE foi observada em células CV1 cultivadas vivas [182], células pulmonares de salamandra [23] e cones de crescimento em neurônios cultivados [183] ​​muito antes da descoberta da proteína fluorescente verde (GFP), pelo uso do corante lipofílico DiOC6.

Novos túbulos podem ser extraídos da rede existente e fundidos com túbulos ou junções vizinhas para criar novas conexões, e polígonos de rede podem se formar e desaparecer ([182]; Figura 4). Este movimento acionado por motor de microtúbulos é descrito na Seção 3.1.1. A proporção da rede em lençóis e túbulos também pode mudar dinamicamente.

As folhas de RE se reorganizam em túbulos quando os ribossomos são removidos de sua superfície com puromicina (45). Conforme descrito abaixo, a inibição do movimento dos túbulos baseados em microtúbulos pode, por sua vez, aumentar a proporção de regiões semelhantes a folhas. Foi relatado que a entrada na mitose desencadeia a expansão da folha [37,43,184], embora outros estudos tenham demonstrado uma tubulação mitótica aprimorada [45] que é impulsionada pelos REEPs 3 e 4 [185].

Essa reorganização dinâmica pode ajudar a organela a amostrar rapidamente o volume celular [1] e a responder às mudanças nas necessidades celulares e no estado nutricional (Seção 3.1.3).

Os motores de microtúbulos associados ao RE não são o único meio pelo qual o RE interage com o citoesqueleto e, nas seções seguintes, descrevemos como os túbulos também podem ser estendidos por interações com microtúbulos em crescimento através de complexos de fixação de pontas (TACs) e por associação com MCSs móveis.

As interações estáticas dos túbulos RE com os microtúbulos e o papel desempenhado pelo citoesqueleto de actina também são delineados.

3.1.1. Motores de microtúbulos impulsionam a dinâmica de ER

Os primeiros estudos utilizando DiOC6 revelaram que os túbulos do RE na periferia celular frequentemente se alinhavam estreitamente com os microtúbulos [23,183,186], como confirmado em muitos estudos subsequentes (por exemplo, [21,38,187]).

O rearranjo do anel e a ramificação dos túbulos também ocorrem em associação com os microtúbulos [38]. A despolimerização dos microtúbulos inibiu completamente a dinâmica dos túbulos ER e da rede nas células VERO [20] aumentou a quantidade de ER em estruturas semelhantes a folhas e reduziu a rede tubular [20,37,38,186,188].

Imagens de super-resolução em células vivas mostraram que essas folhas consistem em uma mistura de morfologias, incluindo folhas espessas, folhas mais finas contendo nanoburacos e redes tubulares densas [33], sugerindo que os microtúbulos não apenas controlam a posição da rede ER, mas também contribuem para a organização detalhada dos domínios da membrana ER.

A visualização direta de túbulos semelhantes a ER que se estendem ao longo dos microtúbulos veio primeiro de ensaios in vitro usando extratos de células CV1 (189) ou ovos de Xenopus em interfase (190), onde a microscopia de contraste de interferência diferencial aprimorada por vídeo revelou túbulos de membrana deslizando ao longo dos microtúbulos. As redes Xenopus demonstraram ser ER pela marcação de anticorpos e pela presença de polissomas na superfície da membrana [19].

A motilidade colocou os túbulos em contato uns com os outros, resultando na fusão dos túbulos [19,20,189], que era dependente de atlastina [184]. Além disso, tanto o RE liso quanto o áspero do fígado de rato formaram redes móveis quando combinados com o citosol do ovo de Xenopus em interfase, demonstrando a conservação da motilidade e da fusão da membrana entre espécies cruzadas (191). No entanto, se a concentração da membrana for alta o suficiente in vitro, uma rede de túbulos RE pode se formar na ausência de microtúbulos (192).

O deslizamento motorizado dos túbulos RE ao longo dos microtúbulos já foi visualizado muitas vezes usando microscopia de fluorescência (por exemplo, [20–22,38]). Como os microtúbulos são orientados na maioria das células não neuronais cultivadas com suas extremidades 'mais' dinâmicas em direção ao periferia da célula, o deslizamento rápido do túbulo do RE para fora requer um motor de microtúbulo direcionado para a extremidade positiva. O membro fundador da superfamília das cinesinas, a cinesina-1, é responsável por esta motilidade [20.193.194].

A inibição da cinesina -1 não apenas inibiu o movimento externo dos túbulos, mas também aumentou a proporção de regiões da folha ER na periferia celular [20]. Dado que regiões semelhantes a folhas podem consistir em redes tubulares finas acumuladas [34] ou em folhas contendo nanofuros [33], será interessante ver se essas folhas correspondem a algum tipo de estrutura, ou se há uma mistura de morfologias, como visto a seguir. tratamento com nocodazol [33].

A maior parte da cinesina -1 nas células animais é tetramérica, compreendendo duas subunidades motoras idênticas (KIF5) e dois KLCs idênticos [195]. Os vertebrados expressam três genes KIF5: KIF5B é expresso de forma onipresente, enquanto KIF5A e C são enriquecidos neuronalmente. Voltaremos ao KIF5A mais tarde, uma vez que as mutações causam doenças neurodegenerativas (Tabela 1) [195]. Existem quatro genes KLC, sendo os KLCs 1, 2 e 4 amplamente expressos.

O KLC1 existe em múltiplas formas de splicing alternado, sendo o KLC1B necessário para a motilidade do RE [20.193]. Uma importante questão pendente é a identidade do receptor de cinesina -1 no RE. deles. Pode haver diferentes receptores em células neuronais versus células não neuronais e em diferentes tecidos. A cinectina foi identificada usando um anticorpo monoclonal bloqueador de função [196] e se liga ao terminal C do KIF5 [197].

A cinectina foi implicada na regulação da dinâmica de adesão focal durante a quimiotaxia, promovendo o direcionamento do RE para adesões focais na borda principal da célula [198,199].

Curiosamente, Rab18 é necessário para este processo e forma um complexo ternário com cinectina e cinesina-1 [198]. No entanto, camundongos knock-out para cinectina não tinham fenótipo, com distribuição normal de ER (e outras organelas) em KO MEFs (200).

Além disso, em neurônios cultivados, o RE se estende ao longo de todos os axônios, mas a cinectina só é observada no corpo celular (194), de acordo com seu papel proposto na manutenção do espaçamento da folha ER (13).

No entanto, a depleção de cinectina do siRNA diminuiu a dinâmica da rede ER nas células Cos -7 [26]. Curiosamente, Rab10 também está implicado na regulação da formação de ERtúbulos [7] e foi relatado que forma um complexo com JIP1, um adaptador de cinesina expresso neuronalmente, e KLC1, para promover o transporte de vesículas secretoras durante a polarização neuronal e o crescimento do axônio [201].

Se este complexo está envolvido na extensão do túbulo ER nos neurônios e se o complexo Rab18-cinectina-KIF5B é necessário para a extensão do túbulo ER em células não migratórias são questões em aberto. Outro receptor candidato de cinesina ER-1 é o p180 , que compartilha homologia com o domínio de ligação da cinesina -1 da cinectina [202] e que, como a cinectina, também foi localizado em regiões centrais em células não neuronais [13,16,194].

 Em neurônios cultivados, entretanto, o p180 localizou-se não apenas nas camadas do corpo celular, mas também nos túbulos nos axônios, mas não nos dendritos (194), uma localização consistente com a ligação do KIF5. No entanto, é provável que atue como uma âncora entre o RE e os microtúbulos, e não como um receptor de cinesina-1 (ver Seção 3.1.3). Existem mais dois candidatos a receptores de cinesina.

A protrudina (nome genético ZFYVE27) é uma proteína de ligação à cinesina residente no ER com um papel fundamental a desempenhar na geração da motilidade móvel do endossomo tardio – ER MCS, conforme descrito na Seção 3.1.2. No entanto, é expresso em níveis muito baixos (não detectado no proteoma da célula HeLa [203]) e, embora sua depleção com siRNA leve ao agrupamento tardio do endossomo no centro da célula [204,205], não está claro qual efeito isso tem na distribuição de ER.

Finalmente, foi demonstrado que a proteína B14 do domínio J do DNA transmembranar localizada no ER interage com o KIF5B para gerar um local para a liberação do vírus SV40 do RE (206), mas seu envolvimento na dinâmica normal do RE ainda precisa ser testado.

Dado que o RE se estende para fora do envelope nuclear em direção à periferia celular, uma descoberta inesperada foi que os túbulos do RE moveram-se em direção às extremidades negativas dos microtúbulos em extratos de ovos de Xenopus em interfase, impulsionados pela dineína [19.184.190.207.208].

Isso se ajusta ao requisito de dineína no envelope nuclear para impulsionar a migração pró-nuclear, que pode ser reconstituída nesses extratos (209). No entanto, a motilidade do RE exclusivamente dirigida pela dineína continuou mesmo em extratos feitos de embriões após a quinta divisão celular: o movimento do RE dependente da cinesina só foi observado quando o citosol de uma linha celular de girino foi usado (187).

Trabalhos recentes forneceram uma explicação satisfatória para este fenômeno [210]: o pool perinuclear de RE que se acumula devido à atividade da dineína é necessário para montar os grandes núcleos observados em embriões iniciais (embriões de ouriço-do-mar e Xenopus neste estudo).

Além disso, a expressão do reticulon 4b adicional diminuiu o tamanho dos núcleos, presumivelmente reduzindo a formação de regiões da folha ER (210). Os extratos de ovo de Xenopus também revelaram mudanças dependentes do ciclo celular na dinâmica do ER, com o movimento acionado pela dineína sendo inibido em extratos parados na metáfase [184,190,207] enquanto a motilidade do ER acionada pela miosina V nos filamentos de actina foi ativada [211].

Folhas de ER acumularam-se [184], como foi relatado em células HeLa mitóticas [37], embora outros estudos contradigam isso [45,185]. A dineína não é apenas um importante motor de ER em células embrionárias. Cerca de metade dos movimentos rápidos do túbulo ER nas células VERO ocorreram em direção ao centro da célula e foram acionados pela dineína (20).

Além disso, a inibição da dineína levou a um acúmulo profundo de folhas ER na periferia celular sem afetar o movimento externo impulsionado pela cinesina [20]. Da mesma forma, tanto a dineína quanto a cinesina -1 impulsionam a motilidade dos túbulos ER nos axônios (194) e dendritos [212.213] de neurônios do hipocampo de roedores cultivados. Até o momento, o receptor para dineinon, o RE, não foi identificado em nenhum sistema, ao contrário do ERES (Seção 2.2.2).

Um último exemplo de movimento motorizado de microtúbulos envolvendo o RE é fornecido pela migração e posicionamento nuclear. Além da migração pró-nuclear mencionada acima, a cinesina e a dineína coordenam o posicionamento nuclear em muitas situações diferentes, como durante a migração nuclear neuronal durante o desenvolvimento do cérebro (214) e o movimento nuclear em muitos estágios do desenvolvimento de C. elegans (215).

A dineína no envelope nuclear é importante para a separação do centrossomo no final do G2 / prófase e facilita a fragmentação do envelope nuclear (revisado em [216]). A cinesina -1 também está envolvida no centrossoma e no posicionamento nuclear em células não polarizadas, onde é recrutada para o envelope nuclear por RanBP2 e BICD2 (217).

Curiosamente, a nesprina 4 é expressa especificamente no envelope nuclear externo em epitélios polarizados, onde recruta cinesina -1 que então transloca o núcleo para a base da célula (218).

For more information:1950477648nn@gmail.com