Miejsce kontaktu z błoną
Miejsca kontaktu z błoną ( MCS ) to bliskie przyleganie dwóch organelli . Badania ultrastrukturalne zwykle ujawniają odległość międzybłonową rzędu wielkości pojedynczego białka , tak małą jak 10 nm lub szerszą, bez wyraźnej górnej granicy. Te strefy przyłożenia są wysoce konserwatywne w ewolucji . Uważa się, że miejsca te są ważne dla ułatwienia sygnalizacji i promują przechodzenie małych cząsteczek, w tym jonów , lipidów i (odkrytych później) reaktywne formy tlenu . MCS są ważne w funkcji retikulum endoplazmatycznego (ER), ponieważ jest to główne miejsce syntezy lipidów w komórkach. ER ma bliski kontakt z wieloma organellami, w tym mitochondriami , aparatem Golgiego , endosomami , lizosomami , peroksysomami , chloroplastami i błoną plazmatyczną . Zarówno mitochondria, jak i sortujące endosomy przechodzą poważne rearanżacje prowadzące do rozszczepienia w miejscu kontaktu z ostrym dyżurem. Miejsca bliskiego przylegania mogą również tworzyć między większością tych organelli większość kombinacji parami. Pierwsze wzmianki o tych miejscach kontaktowych można znaleźć w artykułach opublikowanych pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku, głównie zwizualizowanych za pomocą mikroskopii elektronowej (EM). Copeland i Dalton opisali je jako „wysoce wyspecjalizowaną cylindryczną postać retikulum endoplazmatycznego w połączeniu z mitochondriami i najwyraźniej z kolei z naczyniową granicą komórki”.
Błona plazmatyczna - miejsca kontaktu retikulum endoplazmatycznego
MCS między ER a PM występują w różnych typach komórek, od neuronów po komórki mięśniowe , od Homo sapiens po Saccharomyces cerevisiae . Niektóre badania wykazały, że w każdej komórce drożdży występuje ponad 1000 miejsc kontaktowych, a odległość między dwuwarstwą lipidową wynosi od 10 do 25 nm (rzędu wielkości pojedynczego białka ) . Miejsca kontaktu PM-ER zostały powiązane z głównymi funkcjami MCS: syntezą lipidów , transportem lipidów i homeostazą wapnia . Opracowano zestaw narzędzi molekularnych (np. LiMETER i MAPPER) do znakowania i manipulowania tworzeniem połączeń ER-PM w żywych komórkach.
Biosynteza lipidów
Nierównomierne rozmieszczenie steroli w błonach organelli komórkowych w dużej mierze zależy od niepęcherzykowej drogi przenoszenia. Na przykład w ER, gdzie są syntetyzowane, stanowią około 5%, ale są znacznie bardziej skoncentrowane w PM, gdzie stanowią ponad 30% zawartości lipidów .
Ponieważ lipidy są nierozpuszczalne w wodzie (na przykład sterole <100 nM), a spontaniczny ruch lipidów między dwuwarstwą i dwuwarstwą ma okres półtrwania w zakresie od 1-2 h do 10 3 h, ogólnie przyjmuje się, że w transporcie lipidów muszą pośredniczyć lipidy białka przenoszące (LTP) wraz z transportem pęcherzykowym, który nie jest główną drogą dla steroli. Zidentyfikowano kilka rodzin LTP: mogą przenosić cząsteczkę lipidową osłaniającą jej lipofilowe łańcuchy przed wodnym otoczeniem cytozolu .
OSBP jest najszerzej badanym członkiem rodziny białek związanych z białkiem wiążącym oksysterol (OSBP) ( ORP ). Po raz pierwszy opisano go jako receptor cytoplazmatyczny dla 25-hydroksycholesterolu, a po ponad 20 latach wykazano, że jest to białko regulowane cholesterolem w kompleksie z ERK . Teraz, po opisie podstaw strukturalnych wykrywania i transportu steroli, ORP są niezbędni do sygnalizacji steroli i funkcji transportu steroli. Ich specyficzna struktura charakteryzuje się konserwowaną beczką β fałd wiążący sterol z dodatkowymi domenami , które mogą celować w wiele błon organelli.
U drożdży Osh4 jest homologiem OSBP, którego struktura krystaliczna, uzyskana zarówno w stanie związanym, jak i niezwiązanym ze sterolem, wykazała rozpuszczalne białko β-beczki z hydrofilową powierzchnią zewnętrzną i hydrofobową kieszenią , która może przenosić pojedynczą cząsteczkę sterolu. Siedem homologów OSBP (białka OSH) zidentyfikowano w Saccharomyces cerevisiae , w których sugerowano, że ich rola jest bardziej istotna dla organizacji steroli w PM, niż dla handlu sterolami z ER. Ponadto Stefan i in. wykazało, że białka OSH kontrolują PI4P poprzez Sac1 Fosfatydyloinozytol (PI) 4-fosfataza. Zaproponowali również mechanizm regulacji Sac1: wysokie 4-fosforanu fosfatydyloinozytolu (PI4P) na błonie komórkowej rekrutują Osh3 w miejscach kontaktu PM-ER poprzez domenę homologii plekstryny (PH) ; Osh3 jest teraz aktywny i może wchodzić w interakcje z białkami VAP rezydującymi w ER Scs2 / Scs22 poprzez swój motyw FFAT (dwie fenyloalaniny w przewodzie kwaśnym), ostatecznie aktywując Sac1 zlokalizowany w ER w celu zmniejszenia poziomów PI.
Białka związane z VAMP ( VAP ) są wysoce konserwatywnymi integralnymi białkami błonowymi ER zaangażowanymi w różne funkcje komórkowe. Lokalizują się w ER, a ich zdolność do interakcji z wieloma białkami przenoszącymi lipidy, wiążącymi lipidy lub wykrywającymi lipidy, zawierającymi motyw FFAT , sugeruje, że VAP odgrywają rolę w transporcie lipidów w MCS. Scs2 współdziała z Osh1, Osh2 i Osh3. Różne VAP mogą być partnerami w miejscach kontaktu między różnymi organellami.
Homeostaza wapnia
Miejsca kontaktowe PM-ER odgrywają dobrze znaną rolę w kontrolowaniu dynamiki wapnia . Główną wewnątrzkomórkową pulą wapnia jest ER, a jego uwalnianie może być wyzwalane przez różne bodźce. W komórkach pobudliwych sprzężenie między depolaryzacją PM a uwalnianiem z puli wewnątrzkomórkowych jest niezbędne do wygenerowania sygnalizacji Ca2 + . W komórkach mięśniowych , w triadzie , junctophilin , integralne białko błonowe ER , bierze udział w stabilizacji kontaktu ER-PM poprzez interakcję z PIP w PM. W tych miejscach kontaktu bramkowane napięciem kanały Ca 2+ (VGCC) aktywują blisko przylegające receptory rianodyny wyrażane na ER, aby wywołać uwalnianie wapnia podczas sprzężenia pobudzenie-skurcz . Jednak poziom wapnia musi być ściśle kontrolowany we wszystkich typach komórek. Komórki niepobudliwe regulują napływ wapnia przez kanały wapniowe PM poprzez wykrywanie poziomów wapnia w luminalnym ER ( kanały aktywowane uwalnianiem wapnia ). ORAI1 jest molekularnym składnikiem CRAC i oddziałuje z STIM1, białkiem ER. STIM1 może szybko przenieść się do miejsca kontaktu PM-ER po wyczerpaniu zapasów ER.
Mitochondria - miejsca kontaktu retikulum endoplazmatycznego
Miejsca kontaktu między zewnętrzną błoną mitochondrialną a ER występują u wielu organizmów . Około 100 takich miejsc kontaktowych istnieje między ER a mitochondriami na komórkę drożdży . Frakcja ER, która współoczyszcza się z mitochondriami, tak zwana błona retikulum endoplazmatycznego związana z mitochondriami (MAM), była szeroko badana w ciągu ostatniej dekady. W „hipotezie MAM” zaproponowano, że w centrum patogenezy Choroba Alzheimera polega raczej na zaburzeniu miejsc kontaktu ER-mitochondriów niż blaszek amyloidowych lub splotów neurofibrylarnych .
Biosynteza lipidów
Obecność enzymów biorących udział w biosyntezie fosfolipidów we frakcji MAM znana jest od lat 70. XX wieku, a synteza części fosfolipidów jest zakończona w obu organellach. Na przykład szlak biosyntezy fosfatydylocholiny obejmuje różne etapy, niektóre na ER, a niektóre na wewnętrznej błonie mitochondrialnej . Connerth i in. zidentyfikowali Ups1 jako LTP drożdży, który może przenosić kwas fosfatydowy (PA) między błonami mitochondrialnymi: wykazali, że skuteczny transfer lipidów wymaga interakcji Ups1 z Mdm35 w celu przekształcenia kwasu fosfatydowego w kardiolipina w błonie wewnętrznej . Ponadto zasugerowali istnienie regulacyjnego mechanizmu sprzężenia zwrotnego , który ogranicza akumulację kardiolipiny w mitochondriach: wysokie stężenia kardiolipiny ostatecznie hamują jej syntezę i mitochondrialny import PA. Inne badanie przeprowadzone przez Lahiri i in. wykazali, że utrata kontaktów między ER a mitochondriami powoduje poważne zmniejszenie mitochondrialnej biosyntezy fosfatydyloetanoloaminy (PE) z powodu zmniejszenia transportu fosfatydyloseryny (PS), która jest prekursorem syntezy PE.