Membránový kontaktní web - Membrane contact site

Membránové kontaktní weby (MCS) jsou blízké výroky mezi dvěma organely. Ultrastrukturální studie typicky odhalují mezimembránovou vzdálenost v řádu velikosti jednotlivce protein, tak malé jako 10 nm nebo širší, bez jasné horní hranice. Tyto zóny apozice jsou vysoce zachována v evoluci.[1] Tyto stránky jsou považovány za důležité pro usnadnění signalizace, a podporují průchod malých molekul, včetně ionty, lipidy [2]a (objeveno později) reaktivní formy kyslíku.[3][4] MCS jsou důležité ve funkci endoplazmatické retikulum (ER),[5] protože toto je hlavní stránka syntéza lipidů uvnitř buněk.[6] ER úzce kontaktuje mnoho organel, včetně mitochondrie, Golgi, endozomy, lysozomy, peroxisomy, chloroplasty a plazmatická membrána.[7] Jak mitochondrie, tak třídicí endozomy procházejí významnými přesmyky vedoucími ke štěpení, kde se kontaktují s ER.[5] Místa blízké apozice se mohou také tvořit mezi většinou těchto organel, většinou párových kombinací.[8] První zmínky o těchto kontaktních stránkách lze nalézt v článcích publikovaných koncem padesátých let, které byly hlavně vizualizovány pomocí elektronová mikroskopie (EM) techniky. Copeland a Dalton je popsali jako „vysoce specializovanou tubulární formu endoplazmatického retikula ve spojení s mitochondriemi a očividně zase s vaskulárním okrajem buňky“.[9]

Plazmatická membrána - kontaktní místa endoplazmatického retikula

MCS mezi ER a ODPOLEDNE existují v různých typech buněk od neurony na svalové buňky, z Homo sapiens na Saccharomyces cerevisiae. Některé studie ukázaly, že v každé kvasinkové buňce je přítomno více než 1 000 kontaktních míst a vzdálenost mezi lipidovou dvojvrstvou se pohybuje od 10 do 25 nm (řádově velikost jediné protein ). Kontaktní stránky PM-ER byly propojeny s hlavními funkcemi MCS: syntéza lipidů, obchodování s lipidy, a homeostáza vápníku.[3] Sada molekulárních nástrojů (např. LOMETR a MAPPER) byly vyvinuty pro značení a manipulaci s tvorbou spojů ER-PM v živých buňkách.[10][11]

Biosyntéza lipidů

Nerovnoměrné rozložení steroly mezi membrány buňky organely, do značné míry závisí na non-vezikulární cestě přenosu. Například v ER, kde jsou syntetizovány, představují přibližně 5%, ale jsou mnohem koncentrovanější v PM, kde tvoří více než 30% lipid obsah.[12]

Protože lipidy jsou nerozpustné ve vodě (například steroly <100 nM) a spontánní pohyb mezivrstev a transbilayer lipidů má poločas v rozmezí od 1 do 10 hodin3 h, je všeobecně přijímáno, že obchodování s lipidy musí být zprostředkováno lipidové přenosové proteiny (LTP) vedle vezikulárního obchodování, což pro steroly není hlavní cestou. Bylo identifikováno několik rodin LTP: mohou nést lipidová molekula stínění jeho lipofilní řetězce z vodného prostředí cytosol.[7]

OSBP je nejrozsáhleji studovaným členem protein vázající oxysterol Rodina proteinů (OSBP) (ORP ). Poprvé byl popsán jako cytoplazmatický receptor pro 25-hydroxycholesterol,[13] a po více než 20 letech se ukázalo, že jde o protein regulovaný cholesterol v komplexu s ERK.[14] Nyní, po popisu strukturního základu pro snímání a transport sterolů,[15] ORP Je známo, že členové proteinové rodiny jsou nezbytní pro signalizaci sterolu a transportní funkce sterolu. Jejich zvláštní strukturu charakterizuje konzervovaná β-hlaveň sterol-vazebný záhyb s dalšími domén které mohou cílit na více organelárních membrán.

V droždí Osh4 je homolog OSBP, jehož krystalová struktura, získaná jak ve stavu vázaném na sterol, tak v nenavázaném stavu, vykazovala rozpustný protein p-barelu s hydrofilní vnější povrch a hydrofobní kapsa, která může nést jednu molekulu sterolu. Sedm homologů OSBP (Proteiny OSH ) byly identifikovány v Saccharomyces cerevisiae, u nichž bylo navrženo, aby jejich role byla důležitější pro organizaci sterolů v PM, než pro obchodování se steroly z ER.[3] Dále Stefan a kol. ukázaly, že OSH proteiny kontrolují PI4P metabolismus prostřednictvím Sac1 Fosfatidylinositol (PI) 4-fosfatáza. Navrhli také mechanismus regulace Sac1: vysoký Fosfatidylinositol 4-fosfát (PI4P) hladiny na plazmatické membráně získávají Osh3 na kontaktních místech PM-ER prostřednictvím jejích pleckstrinová homologická (PH) doména; Osh3 je nyní aktivní a může komunikovat s rezidentem ER VAP proteiny Scs2 /SCS22 přes jeho FFAT motiv (dva fenylalaniny v kyselém traktu), což nakonec aktivuje ER1 lokalizovaný Sac1 ke snížení hladin PI.[16]

Proteiny spojené s VAMP (VAP ) jsou vysoce konzervované integrální ER membránové proteiny zapojené do různých buněčných funkcí. Lokalizují se na ER a jejich schopnost interagovat s více proteiny pro přenos lipidů, pro vazbu lipidů nebo pro lipidové senzory obsahující FFAT motiv, naznačuje, že VAP mají roli v transportu lipidů v MCS. Scs2 interaguje s Osh1, Osh2 a Osh3. Různými VAP mohou být partneři na kontaktních místech mezi různými organelami.[17][18]

Homeostáza vápníku

Kontaktní stránky PM-ER mají při kontrole dobře známou roli dynamika vápníku. Hlavní intracelulární zásobou vápníku je ER a jeho uvolňování může být vyvoláno různými podněty. V excitovatelných buňkách vazba mezi PM depolarizace a uvolňování z intracelulárních zásob je nezbytné pro generování Ca.2+ signalizace. v svalové buňky, na trojice, junctophilin, an integrální membránový protein ER, se podílí na stabilizaci kontaktů ER-PM interakcí s PIP v PM. Na těchto kontaktních stránkách napěťově řízený Ca2+ kanály (VGCC) aktivovat úzce apposed ryanodinové receptory vyjádřeno na ER ke spuštění uvolňování vápníku během vazba excitace-kontrakce Hladiny vápníku je však třeba přísně kontrolovat ve všech typech buněk. Neexcitovatelné buňky regulují přívod vápníku přes PM vápníkové kanály snímáním luminálních ER hladin vápníku ( Kanály aktivované uvolňováním vápníku ). ORAI1 je molekulární složka CRAC a interaguje s STIM1 ER protein. STIM1 se může rychle vyčerpat na kontaktní místo PM-ER po vyčerpání zásob ER.[3]

Mitochondrie - kontaktní místa endoplazmatického retikula

Kontaktní stránky mezi Vnější mitochondriální membrána a ER je přítomen v mnoha organismy [19]. Asi 100 těchto kontaktních míst existuje mezi ER a Mitochondrie za Kvasinková buňka.[3] Zlomek ER, že společně čistí s mitochondrií, tzv Membrána endoplazmatického retikula spojená s mitochondrií (MAM) byl během posledního desetiletí rozsáhle studován. V „Hypotéza MAM „bylo navrženo, aby ve středu patogeneze z Alzheimerova choroba bydlí spíše v poruše ER-mitochondriálních kontaktních míst než Amyloidové plaky nebo Neurofibrilární spleti.[20]

Biosyntéza lipidů

Přítomnost někoho enzymy zahrnutý do něčeho, zůčastnit se čeho biosyntéza fosfolipidů ve frakci MAM je známá od 70. let a syntéza některých fosfolipidů je dokončena v obou organelách. Například biosyntetická dráha fosfatidylcholin zahrnuje různé kroky, některé na ER a jiné na vnitřní mitochondriální membrána. Connerth a kol. identifikováno Ups1 jako kvasnicový LTP, který může kyvadlový kyselina fosfatidová (PA) mezi mitochondriálními membránami: prokázali, že účinný přenos lipidů vyžaduje interakci Ups1 s Mdm35 přeměnit kyselinu fosfatidovou na kardiolipin v vnitřní membrána. Dále navrhli existenci a regulační mechanismus zpětné vazby což omezuje akumulaci kardiolipinu v mitochondriích: vysoké koncentrace kardiolipinu mají konečné výsledky, které inhibují jeho syntézu a mitochondriální import PA.[21] Další studie Lahiri et al. prokázal, že ztráta kontaktů mezi ER a mitochondriemi vede k výraznému snížení mitochondriální biosyntézy fosfatidylethanolamin (PE) v důsledku snížení transportu fosfatidylserinu (PS), který je předchůdcem syntézy PE.[22]

Viz také

Reference

  1. ^ Levine T (září 2004). „Krátkodobý intracelulární přenos malých molekul přes spojení endoplazmatického retikula“. Trendy v buněčné biologii. 14 (9): 483–90. doi:10.1016 / j.tcb.2004.07.017. PMID  15350976.
  2. ^ Prinz, William A .; Choudhary, Vineet; Liu, Li-Ka; Lahiri, Sujoy; Kannan, Muthukumar (01.03.2017). „Syntéza fosfatidylserinu na membránových kontaktních místech podporuje jeho transport z ER“. Journal of Lipid Research. 58 (3): 553–562. doi:10.1194 / ml. M072959. ISSN  0022-2275. PMC  5335585. PMID  28119445.
  3. ^ A b C d E Elbaz Y, Schuldiner M (listopad 2011). "Zůstat v kontaktu: molekulární éra kontaktních míst pro organely". Trendy v biochemických vědách. 36 (11): 616–23. doi:10.1016 / j.tibs.2011.08.004. PMID  21958688.
  4. ^ Csordás G, Weaver D, Hajnóczky G (červenec 2018). "Endoplazmatická retikulum-mitochondriální kontaktologie: Struktura a signalizační funkce". Trendy v buněčné biologii. 28 (7): 523–540. doi:10.1016 / j.tcb.2018.02.009. PMC  6005738. PMID  29588129.
  5. ^ A b Phillips MJ, Voeltz GK (únor 2016). "Struktura a funkce kontaktních míst membrány ER s jinými organelami". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 17 (2): 69–82. doi:10.1038 / nrm.2015.8. PMC  5117888. PMID  26627931.
  6. ^ Voeltz GK, Rolls MM, Rapoport TA (říjen 2002). „Strukturální organizace endoplazmatického retikula“. Zprávy EMBO. 3 (10): 944–50. doi:10.1093 / embo-reports / kvf202. PMC  1307613. PMID  12370207.
  7. ^ A b Helle SC, Kanfer G, Kolar K, Lang A, Michel AH, Kornmann B (listopad 2013). „Organizace a funkce membránových kontaktních míst“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - výzkum molekulárních buněk. 1833 (11): 2526–41. doi:10.1016 / j.bbamcr.2013.01.028. PMID  23380708.
  8. ^ Bohnert M, Schuldiner M (květen 2018). „Vykročte z komfortní zóny výzkumu membránového kontaktního místa“. Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 19 (8): 483–484. doi:10.1038 / s41580-018-0022-1. PMC  6287737. PMID  29765158.
  9. ^ Copeland DE, Dalton AJ (květen 1959). „Souvislost mezi mitochondrií a endoplazmatickým retikulem v buňkách pseudobranové žlázy teleostu“. Žurnál biofyzikální a biochemické cytologie. 5 (3): 393–6. doi:10.1083 / jcb.5.3.393. PMC  2224680. PMID  13664679.
  10. ^ Jing J, He L, Sun A, Quintana A, Ding Y, Ma G, Tan P, Liang X, Zheng X, Chen L, Shi X, Zhang SL, Zhong L, Huang Y, Dong MQ, Walker CL, Hogan PG , Wang Y, Zhou Y (říjen 2015). „Proteomické mapování spojů ER-PM identifikuje STIMATE jako regulátor přílivu Ca²⁺“. Přírodní buněčná biologie. 17 (10): 1339–47. doi:10.1038 / ncb3234. PMC  4589512. PMID  26322679.
  11. ^ Chang CL, Hsieh TS, Yang TT, Rothberg KG, Azizoglu DB, Volk E, Liao JC, Liou J (listopad 2013). "Regulace zpětné vazby receptorem indukované signalizace Ca2 + zprostředkovaná E-Syt1 a Nir2 na spojích endoplazmatického retikula-plazmatické membrány". Zprávy buněk. 5 (3): 813–25. doi:10.1016 / j.celrep.2013.09.038. PMID  24183667.
  12. ^ Mesmin B, Antonny B, Drin G (září 2013). "Pohledy na mechanismy transportu sterolů mezi organelami". Buněčné a molekulární biologické vědy. 70 (18): 3405–21. doi:10.1007 / s00018-012-1247-3. PMID  23283302.
  13. ^ Kandutsch AA, Thompson EB (listopad 1980). „Cytosolické proteiny, které vážou okysličené steroly. Buněčná distribuce, specificita a některé vlastnosti“. The Journal of Biological Chemistry. 255 (22): 10813–21. PMID  7430156.
  14. ^ Wang PY, Weng J, Anderson RG (březen 2005). „OSBP je cholesterol regulovaný protein lešení, který kontroluje aktivaci ERK 1/2“. Věda. 307 (5714): 1472–6. Bibcode:2005Sci ... 307.1472W. doi:10.1126 / science.1107710. PMID  15746430.
  15. ^ Im YJ, Raychaudhuri S, Prinz WA, Hurley JH (září 2005). „Strukturální mechanismus pro snímání a transport sterolů proteiny souvisejícími s OSBP“. Příroda. 437 (7055): 154–8. Bibcode:2005 Natur.437..154I. doi:10.1038 / nature03923. PMC  1431608. PMID  16136145.
  16. ^ Stefan CJ, Manford AG, Baird D, Yamada-Hanff J, Mao Y, Emr SD (únor 2011). "Osh proteiny regulují metabolismus fosfoinositidů v kontaktních místech ER-plazmatické membrány". Buňka. 144 (3): 389–401. doi:10.1016 / j.cell.2010.12.034. PMID  21295699.
  17. ^ Lev S, Ben Halevy D, Peretti D, Dahan N (červen 2008). „Rodina proteinů VAP: od buněčných funkcí po onemocnění motorických neuronů“. Trendy v buněčné biologii. 18 (6): 282–90. doi:10.1016 / j.tcb.2008.03.006. PMID  18468439.
  18. ^ Lahiri S, Toulmay A, Prinz WA (duben 2015). „Membránová kontaktní místa, brány pro lipidovou homeostázu“. Současný názor na buněčnou biologii. 33: 82–87. doi:10.1016 / j.ceb.2014.12.004. PMC  4380522. PMID  25569848.
  19. ^ Prinz, William A .; Choudhary, Vineet; Liu, Li-Ka; Lahiri, Sujoy; Kannan, Muthukumar (01.03.2017). „Syntéza fosfatidylserinu na membránových kontaktních místech podporuje jeho transport z ER“. Journal of Lipid Research. 58 (3): 553–562. doi:10.1194 / ml. M072959. ISSN  0022-2275. PMC  5335585. PMID  28119445.
  20. ^ Schon EA, Area-Gomez E (červenec 2013). „ER membrány spojené s mitochondrií u Alzheimerovy choroby“. Molekulární a buněčné neurovědy. 55: 26–36. doi:10.1016 / j.mcn.2012.07.011. PMID  22922446.
  21. ^ Connerth M, Tatsuta T, Haag M, Klecker T, Westermann B, Langer T (listopad 2012). "Intramitochondriální transport kyseliny fosfatidové v kvasinkách lipidovým přenosovým proteinem". Věda. 338 (6108): 815–8. Bibcode:2012Sci ... 338..815C. doi:10.1126 / science.1225625. PMID  23042293.
  22. ^ Lahiri S, Chao JT, Tavassoli S, Wong AK, Choudhary V, Young BP, Loewen CJ, Prinz WA (říjen 2014). „Konzervovaný endoplazmatický retikulární membránový proteinový komplex (EMC) usnadňuje přenos fosfolipidů z ER do mitochondrií“. PLOS Biology. 12 (10): e1001969. doi:10.1371 / journal.pbio.1001969. PMC  4196738. PMID  25313861.