متشابكة ومتوازنة بدقة: مورفولوجيا الشبكة الإندوبلازمية وديناميكياتها ووظيفتها وأمراضها الجزء الثاني

2.2. نطاقات ER الفرعية الهيكلية والوظيفية

تم افتراض المجالات الهيكلية المختلفة للشبكة الإندوبلازمية، المسؤولة عن وظائف محددة، منذ الحصول على الصور المجهرية الإلكترونية الأولى للشبكة الإندوبلازمية.

تعتبر العلاقة بين المجالات الهيكلية والذاكرة من المواضيع المهمة في دراسة الذاكرة. تشير المجالات الهيكلية إلى مناطق في الدماغ مسؤولة عن وظائف مختلفة، مثل المجالات الهيكلية البصرية، والمجالات الهيكلية السمعية، وما إلى ذلك. ونظرًا لأن المجالات الهيكلية المختلفة تتوافق مع معلومات حسية مختلفة، فإن طرق معالجتها وقواعد تخزينها في الدماغ مختلفة أيضًا، مما سيؤدي إلى اختلاف تؤثر على تكوين وصيانة الذاكرة.

لقد وجدت الأبحاث أن المعلومات في المجالات الهيكلية المختلفة يتم تخزينها في الدماغ في أوقات محددة ثم يتم تشفيرها وتخزينها واسترجاعها. على سبيل المثال، يجب حفظ المعلومات السمعية على الفور، بينما يمكن حفظ المعلومات المرئية متأخرًا. يوضح هذا أن المعلومات الموجودة في المجالات الهيكلية المختلفة لها خصائص ذاكرة مختلفة وتتطلب استراتيجيات ذاكرة مختلفة لحفظها.

وبالإضافة إلى ذلك، هناك تفاعلات بين المجالات الهيكلية المختلفة. تظهر الأبحاث أن المعلومات البصرية والسمعية يمكن أن تكمل بعضها البعض لتعزيز الذاكرة. على سبيل المثال، عند تعلم كلمة ما، يمكن تخزين مظهرها ونطقها في الدماغ في نفس الوقت، مما قد يزيد من مقدار الذاكرة وجودة الكلمة.

وقد وجدت الأبحاث أيضًا أن العواطف يمكن أن تؤثر على تكوين الذكريات والاحتفاظ بها. مجال البنية العاطفية ومجال بنية الذاكرة في الدماغ مترابطان. سيؤثر صعود وهبوط العواطف على نقل الإشارات ومعالجة المعلومات في الدماغ، مما يؤثر على تكوين الذاكرة والحفاظ عليها.

لذلك، لتحسين الذاكرة، نحتاج إلى فهم العلاقة بين المجالات الهيكلية المختلفة، واعتماد استراتيجيات الذاكرة المقابلة، وكذلك الحفاظ على حالة عاطفية جيدة. من خلال التعلم النشط وأسلوب الحياة، يمكننا تحسين قدرات ذاكرتنا بشكل مستمر وجعل أدمغتنا أكثر صحة وقوة. يمكن أن نرى أننا بحاجة إلى تحسين الذاكرة، ويمكن أن تحسن Cistanche deserticola الذاكرة بشكل كبير، لأن Cistanche deserticola لها تأثيرات مضادة للأكسدة ومضادة للالتهابات ومضادة للشيخوخة، والتي يمكن أن تساعد في تقليل الأكسدة والتفاعلات الالتهابية في الدماغ، وبالتالي حماية البشرة. صحة الجهاز العصبي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ Cistanche deserticola أيضًا تعزيز نمو وإصلاح الخلايا العصبية، وبالتالي تعزيز اتصال الشبكات العصبية ووظيفتها. يمكن أن تساعد هذه التأثيرات في تحسين الذاكرة والتعلم وسرعة التفكير، وقد تمنع أيضًا تطور الخلل المعرفي والأمراض التنكسية العصبية.

انقر فوق "معرفة" لتحسين الذاكرة قصيرة المدى

في الخمسينيات من القرن الماضي، لاحظ جورج إي. باليد أن صفائح الإندوبلازمية تميل إلى أن تكون مرصعة بالريبوسومات، المعروفة باسم ER الخام، في حين أن الأنابيب كانت خالية إلى حد كبير من الريبوسومات، أو ملساء [46،47]. أثار هذا الاختلاف في البنية في مناطق مختلفة من الشبكة فرضية المجالات الفرعية الوظيفية للER. منذ ذلك الحين، تم القيام بعمل مهم لربط مورفولوجية غرفة الطوارئ بوظيفتها.

2.2.1. مصنع البروتين ومراقبة الجودة

أفضل دور يمكن فهمه للشبكة الإندوبلازمية هو تصنيع وإدخال البروتينات في الغشاء أو التجويف ER، ويحدث هذا في المقام الأول عن طريق الريبوسومات المرتبطة بالوجه العصاري الخلوي للشبكة الإندوبلازمية، حيث يتم نقل سلسلة البولي ببتيد المُصنَّعة حديثًا من خلال Sec61 translocon، كما تمت مراجعته في هذا العدد الخاص بقلم Sicking et al. [48].

InS. Cerevisiae، تم العثور على كثافة الريبوسوم الصفيحي أكبر بكثير من كثافة الريبوسوم الأنبوبي [49]. نظرًا لأن الريبوسومات ترتبط بالشبكة الإندوبلازمية للسماح بترجمة البروتينات المفرزة أو المرتبطة بالغشاء، فإن هذه النتيجة، إلى جانب نتائج الدراسات المجهرية الإلكترونية مثل تلك التي أجراها باليد [46،47]، أدت إلى فكرة أن الصفائح هي الموقع الرئيسي للتخليق الحيوي للبروتين. في غرفة الطوارئ. يعد انحناء الغشاء المنخفض نسبيًا وحجم التجويف الكبير للصفائح مثاليًا لكل من ربط الريبوسومات أو البوليريبوسومات بالطبقة الثنائية ولإمكانية وصول المرافقات إلى الببتيدات الناشئة اللازمة للطي وتعديلات ما بعد الترجمة.

بالاتفاق مع فكرة أن الصفائح المرصعة بالريبوسوم من الشبكة الإندوبلازمية الخشنة تشكل مجالًا وظيفيًا "مصنع البروتين"، فإن الخلايا المتخصصة في إفراز البروتينات، مثل الخلايا الإفرازية البنكرياسية، لديها نسبة أعلى من صفائح الشبكة الإندوبلازمية مقارنة بالخلايا التي تفرز عددًا قليلًا جدًا من البروتينات، مثل مثل الخلايا الظهارية والخلايا العصبية [50]. تم أيضًا إثراء مكونات المترجم في الأوراق [13].

مجتمعة، تشير هذه النتائج بقوة إلى أن الصفائح هي الموقع الأساسي للتخليق الحيوي للبروتين في ER. يحتاج الغشاء المركب حديثًا والبروتينات اللمعية إلى الطي بشكل صحيح وتعديله بشكل مناسب بعد الترجمة، على سبيل المثال عن طريق إضافة سلاسل الجليكان وتشذيبها لاحقًا وتشكيل جسور ثاني كبريتيد (تمت المراجعة في [51،52]).

تشتمل هذه العملية على العديد من المرافقات والإنزيمات المقيمة في ER والتي تعمل بالتسلسل لمساعدة ومراقبة حالة الطي والارتباط بالجليكوزيل الصحيحة من خلال دورة الكالنيكسين/الكالريتيكولين. يتم التعرف على أي بروتينات تفشل في الطي وإزالتها من هذه الدورة، ليتم نقلها خارج الشبكة الإندوبلازمية وتتحلل بواسطة البروتيازوم في عملية التحلل المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية (ERAD) [51].

تتم مراقبة حمل البروتينات غير المطوية عن كثب، وإذا تراكم عدد كبير جدًا منها، يتم تشغيل استجابة البروتين غير المطوية (UPR)، مما يؤدي إلى تنظيم البروتينات الرئيسية المقيمة في ER المطلوبة لطي البروتين، جنبًا إلى جنب مع تثبيط تخليق البروتين [53].

في حين أن البروتينات المشاركة في إضافة الغليكان والطي يتم توزيعها في كل مكان في جميع أنحاء ER، هناك أدلة على أن بعض البروتينات الرئيسية في مراقبة الجودة ومسارات ERAD قد تكون مركزة في هياكل متخصصة تسمى حجرة مراقبة الجودة المشتقة من ER (ERQC) والتي يتم تحديد موقعها بجوار النواة. [52]. في حين أن الطبيعة الدقيقة لهذه الحجرة وكيفية اتصالها بالجزء الأكبر من الشبكة الإندوبلازمية لا تزال غير واضحة، فإن توطينها يعتمد على الداينين ​​المحرك الأنبوبي الدقيق [54].

ومن المثير للاهتمام، أن إجهاد ER المطول قد لوحظ أنه يحفز التكوين العكسي لأغشية ER الخالية من الريبوسوم والتي تحتوي على Sec61 translocon وإنزيم إشارة keyUPR الذي يشبه PKR كيناز ER (PERK)، ولكن ليس الشبكيات أو CLIMP63 أو الكالريتيكولين اللوميني [55] ]. تتشكل الفلقات من هياكل حويصلية/أنبوبية تتبرعم من شبكة الإندوبلازمية عبر مسار COPII (انظر أدناه) ثم تندمج وتسطّح بعد ذلك. وهذا يختلف بشكل ملحوظ عن الظروف العادية، حيث يتم استبعاد Sec61 من حويصلات COPII.

قد تسهل هذه الزهرات نتيجتين من نتائج UPR: تثبيط انتقال البروتين عن طريق فصل وتعطيل المترجمات، وتفعيل PERK. تشبه الزهرات ER (OSER) السلس المنظم الذي شوهد سابقًا عندما يتم التعبير بشكل مفرط عن بعض بروتينات ER مثل اختزال HMG-CoA أو السيتوكروم b5 [56،57]. إن كيفية ارتباط whorsand OSER بـ ERQC هو سؤال رئيسي يجب معالجته في المستقبل.

2.2.2. ERES: تصدير الشيكات

تترك البروتينات اللمعية والغشائية المطوية بشكل صحيح الشبكة الإندوبلازمية في مواقع خروج الشبكة الإندوبلازمية (ERES)، وهي نقاط مميزة هيكليًا وخالية من الريبوسوم وتقع في شبكة الشبكة الإندوبلازمية الخام.

تتكون مواقع الخروج من مجموعة من الأغشية الحويصلية الأنبوبية [58،59]، متواصلة مع غشاء ER. في الخلايا الفقارية، تنتشر ERES في جميع أنحاء الشبكة، ويعتمد نقل البروتين من الشبكة الإندوبلازمية إلى جهاز جولجي على النقل المعتمد على الأنابيب الدقيقة عبر مركب البروتين الحركي الثيدينين/الديناكتين [60]. تخضع ERES نفسها لحركات قصيرة المدى على الأنابيب الدقيقة [61].

يساعد مركبا البروتين COPI وCOPII في تكوين وتنظيم مواقع الخروج وكذلك في نقل البروتين. يشكل COPII سقالة لتشويه الغشاء، وينظم دخول البضائع إلى ERES [62]، ويظل محليًا في ERES حتى بعد مغادرة الشحنات [63-65]. ومع ذلك، ينتقل COPI مع البضائع أثناء نقلها بعيدًا عن مواقع الخروج [66]، كما يفعل Rab1 [65]. الأدوار الدقيقة لـCOPI في تهريب البضائع بعيدًا عن منطقة الطوارئ غير معروفة، ولكنها قد تلعب دورًا في فرز وتسليم البضائع إلى جهاز جولجي [66،67].

تم تحديد البنية ذات الترتيب الأعلى لـ ERES مؤخرًا فقط باستخدام FIB-SEM.Weigel et al. اكتشف أن شبكة متشابكة من الأنابيب الضيقة (قطرها 40-60 نانومتر) موجودة في مواقع الخروج، متصلة بـ ER عن طريق رقبة COPII أضيق قليلاً [63]. كما تم العثور على أنابيب طويلة لؤلؤية مع نقاط COPI ممتدة من مواقع الخروج على طول الأنابيب الدقيقة باتجاه جهاز جولجي.

الخطوط العريضة اللؤلؤية هي السمة المميزة للتوتر الطولي في الأغشية الأنبوبية [68] وقد تكون نتيجة للقوى المطبقة بواسطة داينين/ديناكتين [60]. تم افتراض أن هذا النوع من اللؤلؤ الغشائي هو انشطار أولي، مما يحول الأنابيب إلى حويصلات [69].

قد يتم تجنيد Dynein في أغشية ERES عبر التفاعل بين dynactin p150 ومكونات COPII Sec23 وSec24 [70]، ولكن كيفية ارتباط المحرك بالناقلات بمجرد فقدان الغلاف هو سؤال مفتوح. أحد الطرق المحتملة هو عبر BicD2 وRab6، اللذين ثبت أنهما يقومان بتجنيد الداينين ​​في ERES وزيادة تركيزهما في المنطقة المحيطة بالنووية [59].

Kinesin-1 موجود أيضًا في كل من ERES [61] وناقلات النقل التي تنتجها [71]. ومن المثير للاهتمام، أنه تم العثور أيضًا على تضاعف قطر مواقع الخروج استجابةً لتراكم البضائع، في حين لم يتأثر قطر أنابيب ER القريبة [63]. تُظهر هذه الدراسات معًا أن مواقع الخروج من ER هي نطاقات فرعية لتصدير البضائع منظمة للغاية، وقادرة على الاستجابة للتغيرات في متطلبات الخلية.

2.2.3. MCSs: تصنيع الدهون

وبما أن الصفائح من المحتمل أن تكون مسؤولة عن التخليق الحيوي للبروتين، فهل يمكن أن تكون الأنابيب مسؤولة عن تخليق الدهون واستتباب أيونات الكالسيوم؟ دعما لهذه الفكرة، فإن الخلايا المسؤولة عن تخليق الستيرويد، مثل الخلايا القشرية الكظرية، لديها نسبة ER سلسة خالية من الريبوسوم [72].

وقد تم اقتراح أيضًا أن مواقع الاتصال الغشائية (MCSs) بين ER والعضيات الأخرى قد تكون أكثر شيوعًا في المنطقة الأنبوبية الحرة للريبوسوم في الشبكة، وخاصة تلك MCSs المتكونة من غشاء البلازما، والإندوسومات، وقطرات الدهون، والميتوكوندريا [73 -78]. يتم عرض MCSs والبروتينات ذات الصلة التي تمت مناقشتها في هذه المراجعة في الشكل 2.

MCSs عبارة عن اتصالات مربوطة بين العضيات، حيث لا يتم دمج الأغشية، ولكن يتم فصلها بمقدار 5-30 نانومتر [79-82]. يتيح هذا القرب من الأغشية النقل غير الحويصلي للبضائع بين العضيات [83]. توجد MCSs بين ER وكل العضيات تحت الخلوية الأخرى تقريبًا [38،81]. وظيفتها، ومورفولوجيتها، وديناميكياتها متنوعة ومراجعة جيدًا (على سبيل المثال، [84–86]).

هنا، سوف نركز على الروابط بين MCSs ووظيفة وديناميكيات ER. من المعروف أن التخليق الحيوي للدهون يحدث بشكل أساسي في ER [87،88]. باستخدام تجزئة الخلايا، تم اكتشاف إثراء الآلات المشاركة في تخليق الدهون والستيرول في غشاء ER المرتبط بالميتوكوندريا [89-91] وغشاء البلازما [92]. 

في الآونة الأخيرة، تبين أن مواقع الاتصال لغشاء البلازما ER مطلوبة لتخليق الفوسفاتيديل كولين، وهو مكون أساسي للأغشية البيولوجية، في الخميرة [93]. تم أيضًا العثور على آلية استقلاب الدهون عند الحافة الأمامية لأنابيب ER الديناميكية [7] وفي الحويصلات الديناميكية المشتقة من ER التي تتصل بالعديد من العضيات الأخرى في خلايا Cos-7 [94].

إن ER مسؤول أيضًا عن تخليق الدهون المحايدة [95]. تفتقر الدهون المحايدة إلى المجموعات المشحونة، وبالتالي لا يمكن دمجها بسهولة في طبقات الدهون الثنائية. وبدلاً من ذلك، تتشكل قطرات الدهون، والتي تتكون من طبقة أحادية من الدهون الفوسفورية تحيط بنواة من الدهون المحايدة. التفاصيل الدقيقة حول تكوين قطرات الدهون لا تزال موضع نقاش؛ ومع ذلك، فمن المعروف الآن أن قطرات الدهون تتشكل في غرفة الطوارئ [96-98].

تتجمع الدهون المحايدة داخل الطبقة الدهنية الثنائية للشبكة الإندوبلازمية، لتشكل عدسة بين الوريقات الداخلية والخارجية [97]، قبل أن تتبرعم في السيتوبلازم [99]. في النباتات، تم اقتراح أيضًا أن قطرات الدهون تتشكل في نطاقات فرعية متخصصة من ER [100]. أنا

بالإضافة إلى أنها تتشكل في غرفة الطوارئ، يمكن لقطرات الدهون إعادة الاتصال بشبكة الطوارئ بمجرد تبرعمها [101]. تم اقتراح جسور غشاء قطيرات الدهون ER لتسهيل تبادل إنزيمات استقلاب الدهون، والتي بدونها لا تتشكل قطيرات دهنية كبيرة [102-104].

يشير اكتشاف آلية استقلاب الدهون المنتظمة في الشبكة الإندوبلازمية الأنبوبية، خاصة في الخلايا MCS ذات الغشاء البلازمي والميتوكوندريا وقطرات الدهون، إلى أن هذه المجالات الفرعية تشارك أيضًا في استقلاب الدهون [7،89-92،94،95].

For more information:1950477648nn@gmail.com