آپس میں جڑے ہوئے اور باریک متوازن: اینڈوپلاسمک ریٹیکولم مورفولوجی، ڈائنامکس، فنکشن، اور بیماریاں حصہ 1

خلاصہ:

اینڈوپلاسمک ریٹیکولم (ER) ایک آرگنیل ہے جو بہت سے ضروری سب سیلولر عمل کے لئے ذمہ دار ہے۔ پیری فیری پر ایک دوسرے سے جڑے ہوئے تنگ نلیاں اور پیرینوکلیئر خطے میں موٹی چادر نما خطہ جوہری لفافے سے جڑے ہوئے ہیں۔

اینڈوپلاسمک ریٹیکولم خلیوں میں ایک اہم عضو ہے۔ یہ بنیادی طور پر سیل کی ترکیب، پروسیسنگ، سراو اور دیگر عملوں میں شامل ہے۔ اگرچہ اینڈوپلاسمک ریٹیکولم اور میموری کا براہ راست تعلق نہیں لگتا ہے، لیکن وہ درحقیقت کچھ پہلوؤں میں گہرا تعلق رکھتے ہیں۔

سب سے پہلے، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم دماغی خلیوں کی ترکیب اور کام میں شامل ہے۔ لہذا، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم دماغی خلیات کی معمول کی نشوونما اور کام میں ایک ناگزیر کردار ادا کرتا ہے۔ دماغی خلیوں کی نشوونما اور کام کا انسانی یادداشت سے گہرا تعلق ہے، جس کا مطلب ہے کہ اینڈوپلاسمک ریٹیکولم اور یادداشت کے درمیان بھی تعلق ہے۔

دوسرا، دماغ میں، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم Synaptic plasticity سے وابستہ ہے۔ میموری کی تشکیل اور دیکھ بھال کا synaptic plasticity سے گہرا تعلق ہے۔ اینڈوپلاسمک ریٹیکولم خلیوں کے اندر پروٹین کی ترکیب، پروسیسنگ اور رطوبت کے دوران بہت سے نیورو ٹرانسمیٹروں کی تخلیق اور رہائی میں بھی شامل ہے۔ یہ نیورو ٹرانسمیٹر Synaptic plasticity سے متعلق ہیں۔ لہذا، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم میموری کو بھی متاثر کر سکتا ہے۔

اس کے علاوہ، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم دماغی خلیوں کے میٹابولک عمل میں بھی حصہ لیتا ہے اور خلیات کی عام میٹابولک سطح کو برقرار رکھتا ہے۔ اینڈوپلاسمک ریٹیکولم میں غیر معمولی چیزیں دماغی خلیوں کے جسمانی افعال کو متاثر کر سکتی ہیں، جو کہ یادداشت جیسے جدید علمی افعال کو بھی متاثر کر سکتی ہیں۔ لہذا، اینڈوپلاسمک ریٹیکولم کے معمول کے کام کو برقرار رکھنا دماغ کی صحت اور علمی افعال کو برقرار رکھنے اور بہتر بنانے میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔

خلاصہ یہ کہ واقعی اینڈوپلاسمک ریٹیکولم اور میموری کے درمیان ایک تعلق ہے، اور یہ تعلق منفی نہیں ہے۔ لہذا، روزمرہ کی زندگی میں، دماغ کی صحت کو برقرار رکھنے اور یادداشت کو بہتر بنانے کے لیے، ہمیں اینڈوپلاسمک ریٹیکولم کے معمول کے افعال اور میٹابولک سطح پر توجہ دینی چاہیے، تاکہ ہم اپنی صحت اور علمی افعال کو بہتر طریقے سے برقرار رکھ سکیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ہمیں یادداشت کو بہتر بنانے کی ضرورت ہے، اور Cistanche deserticola یادداشت کو نمایاں طور پر بہتر کر سکتا ہے کیونکہ Cistanche deserticola ایک روایتی چینی ادویاتی مواد ہے جس کے بہت سے منفرد اثرات ہیں، جن میں سے ایک یادداشت کو بہتر بنانا ہے۔ Cistanche deserticola کی افادیت ان متعدد فعال اجزاء سے آتی ہے جو اس میں شامل ہیں، بشمول tannic acid، polysaccharides، flavonoid glycosides، وغیرہ۔ یہ اجزاء مختلف راستوں سے دماغی صحت کو فروغ دے سکتے ہیں۔

یادداشت کو بہتر بنانے کے 10 طریقے جانیں پر کلک کریں۔

یہ واضح ہوتا جا رہا ہے کہ ER کی پیچیدہ شکل اور حرکیات اس کے کام سے منسلک ہیں۔ ER ڈھانچے اور تحریک کو منظم کرنے والے پروٹینوں میں تغیرات بہت سی بیماریوں میں ملوث ہیں جن میں نیوروڈیجینریٹو بیماریاں جیسے الزائمر، پارکنسنز، اور امیوٹروفک لیٹرل سکلیروسیس (ALS) شامل ہیں۔

ER کو بھی پیتھوجینز کے ذریعہ ان کی نقل کو فروغ دینے کے لئے ہائی جیک کیا جاتا ہے۔ بیکٹیریا جیسے Legionella pneumophila اور Chlamydia trachomatis، نیز Zika وائرس، ER کے افعال کو اپنے فائدے کے لیے استعمال کرنے کے لیے ER مورفولوجی اور ڈائنامکس کو ریگولیٹ کرنے والے پروٹینز سے منسلک ہوتے ہیں۔

اس جائزے میں ER مورفولوجی کے بارے میں ہماری سمجھ کا احاطہ کیا گیا ہے، بشمول فنکشنل ذیلی ڈومینز اور جھلی سے رابطہ کرنے والی سائٹس جو آرگنیل فارم کرتی ہیں۔ ہم ER حرکیات اور ER موشن کو مقدار درست کرنے کی موجودہ کوششوں پر بھی توجہ مرکوز کرتے ہیں اور ER مورفولوجی اور ڈائنامکس سے متعلق بیماریوں پر تبادلہ خیال کرتے ہیں۔
مطلوبہ الفاظ:

اینڈوپلاسمک ریٹیکولم (ER)؛ مورفولوجی حرکیات غیر معمولی بازی؛ جھلی رابطہ سائٹ (MCS)؛ ڈائنین kinesin مائکرو ٹیوبول

1. تعارف

اینڈوپلاسمک ریٹیکولم (ER) ایک ذیلی سیلولر آرگنیل ہے جو مختلف قسم کے ضروری سیلولر افعال کے لیے ذمہ دار ہے۔ ER میں، پروٹین کی ترکیب کی جاتی ہے اور بعد از ترجمے میں ترمیم کی جاتی ہے، کیلشیم آئنوں کو ذخیرہ کیا جاتا ہے اور سیلولر سگنلنگ کے ذریعے جاری کیا جاتا ہے، اور لپڈز بایو سنتھیسس ہوتے ہیں۔

ER سیل میں سب سے بڑا آرگنیل ہے اور جوہری لفافے سے سیلفیری تک نلیاں اور شیٹ نما خطوں کے ایک پیچیدہ نیٹ ورک میں مسلسل جھلی سے منسلک ہستی کے طور پر پھیلا ہوا ہے۔ فاسٹ ڈائنامکس اینڈری آرگنائزیشن، اس حقیقت کے ساتھ کہ ER سائٹوپلاسمک حجم کا ~35% پر مشتمل ہے، اس کا مطلب یہ ہے کہ ER سائٹوپلازم کے حجم کو کسی بھی دوسرے آرگنیل سے زیادہ تیزی سے تلاش کرتا ہے [1]۔

ER سے متعلقہ بیماریوں میں ER حرکیات کے کام یا حرکیات کے اثرات کے بارے میں ابھی تک بہت کم سمجھا گیا ہے۔ ER کے پیچیدہ ڈھانچے کو مختلف قسم کے پروٹین بشمول ریٹیکولونز، REEPs، اور اٹلاسٹنز [2–4] کے ذریعے برقرار رکھا جاتا ہے۔ یہ مورفولوجی ریگولیٹ کرنے والے پروٹین جھلی کے گھماؤ کو فروغ دیتے ہیں [2,3]، ڈرائیو ٹیوبول فیوژن [4–8]، جنکشنز کو مستحکم کرتے ہیں [9–11]، ریگولیٹ شیٹ اسپیسنگ [12–14]، اور ER کو مائکروٹوبولس [15–17] سے جوڑتے ہیں۔

ان پروٹینوں کے درمیان تعاون نارمل مورفولوجی کے لیے ضروری ہے، بعض اقسام کے زیادہ اظہار کے ساتھ نیٹ ورک [6,9,18] میں چادروں اور نلیوں کے غیر معمولی تناسب کا باعث بنتے ہیں۔ مائیکرو ٹیوبولیموٹر پروٹین کائنسین-1 اور سائٹوپلاسمک ڈائنین (جسے یہاں ڈائنین کہا جاتا ہے) بھی اینڈوپلاسمک ریٹیکولم سے منسلک ہوتے ہیں تاکہ نئی نلیوں کی تشکیل کو آگے بڑھایا جا سکے اور نیٹ ورک کو مسلسل اور متحرک طور پر دوبارہ بنایا جا سکے (جیسے [19,20])۔

جھلی سے رابطہ کرنے والی سائٹس (MCSs) پر ER اور دیگر آرگنیلز کے درمیان تعاملات بھی آرگنیل (سیکشن 3.1.2) کی حرکیات میں حصہ ڈالتے ہیں۔ ER ڈائنامکس تحقیق کا ایک ابھرتا ہوا موضوع ہے۔

تاریخی طور پر، ٹیوبول کی توسیع کی رفتار کی پیمائش کی گئی ہے [20-23]، لیکن مائکروسکوپی اور کمپیوٹیشن میں حدود کی وجہ سے ER ڈائنامکس کے دیگر پہلوؤں کی مقدار کا تعین کرنا مشکل تھا۔ حال ہی میں، زندہ خلیوں میں ER کی حرکت کا تجزیہ کرنے کے لیے ڈیزائن کردہ سافٹ ویئر شائع کیا گیا ہے [24-27] اور اس علاقے میں مزید پیش رفت کا امکان جلد ہی ہے۔

اگرچہ ER حرکیات اور فنکشن کے درمیان تعلق ابھی تک سمجھ میں نہیں آیا ہے، غیر معمولی ER حرکیات کو حال ہی میں کئی بیماریوں سے جوڑا گیا ہے [8,28,29]، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ حرکیات کے بہت اہم ہونے کا امکان ہے۔ اس کے برعکس، بیماری سے متعلق تغیرات انمورفولوجی ریگولیٹ کرنے والے پروٹین کو بہتر طور پر سمجھا جاتا ہے اور مورفولوجی اور فنکشن کے درمیان روابط قائم کیے گئے ہیں [30,31]۔

یہ جائزہ ای آر مورفولوجی، ڈائنامکس، اور فنکشن کی موجودہ تفہیم اور ان کے درمیان تعامل کے ساتھ ساتھ اسامانیتاوں کی انمورفولوجی اور ڈائنامکس سے منسلک بیماریوں کی تفصیل دے گا، جو بنیادی طور پر کشیراتی خلیوں میں ER پر توجہ مرکوز کرتا ہے۔ سیکشن 2 ER مورفولوجی، عام ER ڈھانچے کو برقرار رکھنے میں شامل پروٹین، اور مورفولوجی اور فنکشن کے درمیان روابط کو بیان کرے گا جن کی وضاحت کی گئی ہے۔

سیکشن 3 ER کی حرکیات، آرگنیل موشن کا سبب بننے والے عوامل، حرکیات کی مقدار درست کرنے کی موجودہ کوششوں، اور کمپیوٹیشنل تجزیہ اور ماڈلنگ میں حالیہ پیش رفت کو بیان کرے گا۔

آخر میں، سیکشن 4 ER کی ساخت/حرکت اور بیماریوں کے ساتھ ساتھ ان بیماریوں میں شامل پروٹین کے درمیان معلوم روابط کی تفصیل دے گا۔ خاص طور پر نیورونل خلیوں میں ER کی ذیلی ڈومین تنظیم کی بحث اس خصوصی شمارے کے ایک اور مضمون میں پیش کی گئی ہے [32]۔

2. مورفولوجی

ایک لپڈ بیلیئر ER کے لیمن کو پابند کرتا ہے۔ یہ بیلیئر تقریباً 80–100 nm قطر [25,33,34] کی چادروں اور نلیوں میں بنتا ہے، جس کی حد ~50–100 nm [33] ہوتی ہے، جو ایک جالی دار نیٹ ورک بنانے کے لیے جنکشن پر جڑے ہوتے ہیں۔

نلیاں اوسطاً 1 µm لمبائی میں ہوتی ہیں اور جنکشن پر جڑ جاتی ہیں، عام طور پر 3 نلیاں [27,35] میں شامل ہوتی ہیں۔ چادریں فلیٹ ہوتی ہیں، جس میں 30-50 nm کی بائلیئر علیحدگی ہوتی ہے [33]، اور اکثر تہوں کو جوڑنے والے ہیلیکل ریمپ کے ساتھ اسٹیک شدہ ترتیب میں ہوتی ہیں [36]۔

شیٹ کی کثافت عام طور پر سیل کے مرکز کے قریب زیادہ ہوتی ہے (مثال کے طور پر، [33,37,38])، جہاں اینڈوپلاسمک ریٹیکولم میں نیوکلیئر لفافہ بھی شامل ہوتا ہے۔ تاہم، پردیی ER میں شیٹ نما علاقے بھی پائے جاتے ہیں۔

سپر ریزولوشن لائٹ مائیکروسکوپی نے انکشاف کیا ہے کہ کچھ پردیی ڈھانچے جو اصل میں شیٹ کے بارے میں سوچے گئے تھے وہ نلیاں کے گھنے میٹرس پر مشتمل ہوتے ہیں [33,34,38]، جب کہ دیگر چھوٹے سوراخوں (nanoholes: [33]) سے جڑی ہوئی چادروں پر مشتمل ہوتے ہیں۔

ER جھلی کی تشکیل میں شامل پروٹینوں کی تحقیق وسیع ہے اور حال ہی میں اس کا جائزہ لیا گیا ہے [30,31,39]۔ ER کی پیچیدہ شکل کو حال ہی میں اس کے فنکشن سے جوڑا گیا ہے ([40] میں جائزہ لیا گیا) اور تبدیل شدہ میٹابولک تقاضوں یا سیل سائیکل مراحل کے جواب میں تبدیل کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ بعد میں بیان کیا گیا ہے۔

2.1 مورفولوجی ریگولیٹنگ پروٹینز

پروٹین کی بہتات ER مورفولوجی کو منظم کرنے میں شامل ہے۔ یہ پروٹین اونچی جھلی کے گھماؤ والے علاقوں کو مستحکم کرتے ہیں، جھلی کے فیوژن کو فروغ دیتے ہیں، تین طرفہ جنکشن کو برقرار رکھتے ہیں، شیٹ کی موٹائی اور چپٹی کو منظم کرتے ہیں، اور ER کو مائیکرو ٹیوبلز تک لنگر انداز کرتے ہیں (شکل 1)۔

ER، نلیاں، اور شیٹ کے کنارے اعلی جھلی کے گھماؤ والے علاقے ہیں۔ ہیئر پین کی طرح REEP اور ریٹیکولن پروٹین فیملیز ٹیوبلز اور شیٹ کناروں کو مستحکم کرنے کے لیے ER کی سطح میں گھماؤ کو فروغ دیتے ہیں [2,3]۔

ریٹیکولن 4 نانوہولز کے کناروں پر بھی جمع ہوتا ہے، جو Rtn4 ناک آؤٹ سیلز میں غیر حاضر ہیں [33]۔ خیال کیا جاتا ہے کہ یہ پروٹین جھلی کے بیرونی کنارے پر 'ہیئرپین' کے چوڑے سرے کے ساتھ بیٹھتے ہیں تاکہ گھماؤ کے ذریعے ہائیڈروفوبک ویجنگ کو فروغ دیا جا سکے، جیسا کہ شکل 1C میں دکھایا گیا ہے۔ درست ER مورفولوجی کو برقرار رکھنے کے لیے میمبرین فیوژن بھی ضروری ہے۔ اٹلسٹن، ایک ای آر کے رہائشی GTPase، ER نیٹ ورک کی دیکھ بھال اور جھلی فیوژن [4–6] کے لیے درکار ہے۔

نئی نلیاں جو موجودہ جھلیوں کے ڈھانچے سے نکالی گئی ہیں ان کو عام ER مورفولوجی کو محفوظ رکھنے کے لیے نیٹ ورک میں فیوز کیا جانا چاہیے۔ بیان وغیرہ۔ تجویز کیا کہ اٹلسٹن دونوں متحد کناروں کی جھلی میں مقیم ہے اور یہ کہ دو پروٹینوں کے درمیان ایک ڈائمر بنتا ہے [41] (شکل 1F دیکھیں)۔ یہ dimerization ایک تبدیلی کا باعث بنے گا جس میں پروٹین، اور اس وجہ سے ER جھلی، ایک دوسرے کے قریب کھینچے جائیں گے، آخر کار جھلی کے فیوژن کا باعث بنیں گے۔

دو RabGTPases، Rab10 [7]، اور Rab18 [8] کو بھی ER ٹیوبول فیوژن میں ملوث کیا گیا ہے۔ ان میں سے کسی ایک پروٹین کی کمی کی وجہ سے چادروں میں اضافہ اور نلیوں میں کمی واقع ہوئی۔

Rab10 ER tubules کے بڑھتے ہوئے ٹپس کو بھی مقامی بناتا ہے جو دو لپڈ ترکیب انزائمز میں افزودہ ہوتے ہیں: فاسفینوسیٹولسنتھیس (PIS) اور CEPT1 [7]۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ ڈائنامین سے متعلق پروٹین 1 (Drp1)، ایک پروٹین جو مائٹوکونڈریل فیشن کے لیے درکار ہے، کو Rtn4 [42] سے آزادانہ طور پر ER ٹیوبول کی تشکیل کو فروغ دینے کے لیے دکھایا گیا ہے۔

ممالیہ جانوروں کے خلیوں میں ER نیٹ ورک کے تین طرفہ جنکشن کو ممالیہ Lnp1 کے ذریعے مستحکم کیا جاتا ہے، جو Lunapark خاندان کا رکن ہے [9–11]۔ mLnp1 Cos-7 خلیات میں تین طرفہ جنکشنز کو لوکلائز کرتا ہے، اور mLnp1 میں کمی والے جنکشنز ان کے mLnp1-افزودہ ہم منصبوں [10] کے مقابلے میں بہت زیادہ متحرک اور مختصر مدت کے تھے۔

لوناپارک سے پاک جنکشن اکثر رنگ کی بندش سے غائب ہو جاتے ہیں، جس میں جنکشن ایک پڑوسی نلکی کے ساتھ پھسلتے ہیں جب تک کہ وہ دوسرے جنکشن کے ساتھ مل نہ جائیں، جبکہ رنگ بند ہونا Lnp1 جنکشن کی شکل میں کم عام تھا [10]۔

لہذا، Lunapark نیٹ ورک میں تین طرفہ جنکشن کو مستحکم کرتا ہے۔ ER مورفولوجی ریگولیشن میں ان پروٹینوں کا تعاون بہت اہم ہے۔ نارمل ER مورفولوجی کو برقرار رکھنے کے لیے، ریٹیکولن 4a اور اٹلسٹن ایکسپریشن کے درمیان توازن درکار تھا [6]۔ لمبے، غیر شاخوں والی نلیاں چھوٹے اٹلسٹن فنکشن والے خلیوں میں اور ریٹیکولن 4a سے زیادہ ظاہر کرنے والے خلیوں میں دیکھی گئیں۔

لوناپارک ناک آؤٹ سیلز میں اٹلسٹن اور ریٹیکولن 4a ایکسپریشن دونوں نے سیل کے دائرے میں نارمل نیٹ ورک مورفولوجی کو بحال کیا۔ خمیر میں، عام کثیرالاضلاع نیٹ ورک کی تشکیل کے لیے Lunapark Lnp1p اور Atlastin homolog Sey1p کے درمیان توازن ضروری ہے [9]۔ لوناپارک اور اٹلسٹن بھی ممالیہ جانوروں کے خلیوں میں تین طرفہ جنکشن کو برقرار رکھنے کے لیے ہم آہنگی پیدا کرتے ہیں، جب اٹلاسٹنز کو حذف کر دیا جاتا ہے تو لوناپارک ان جنکشن کو مقامی بنانے میں ناکام رہتے ہیں [18]۔

ایک مختلف لیکن تکمیلی نقطہ نظر کا استعمال کرتے ہوئے، شیمیش وغیرہ۔ ER نیٹ ورک کی ماڈلنگ کی، جس میں مورفولوجی ریگولیٹنگ پروٹینز [43] کی دو کلاسوں پر توجہ مرکوز کی گئی، جس میں لوناپارک کو منفی گھماؤ پیدا کرنے والا پروٹین اور ریٹیکولنز کو سیدھے کناروں کو بڑھانے کی تجویز دی گئی۔ Lunapark inCos-7 خلیات کے اظہار کی سطح کو تبدیل کرنے سے مختلف ER مورفولوجیز کو جنم دیا گیا، اور مختلف نیٹ ورک کی خصوصیات جیسے کہ کل لمبائی اور جنکشنز کی ترجیحی شکل کو نقل میں پروٹین کے ارتکاز کو تبدیل کرکے نقل کیا گیا۔

عام ER ڈھانچے کے لیے ERmorphology-regulating پروٹین کی نسبتی ارتکاز بہت اہمیت کا حامل ہے۔ CLIMP-63، ایک اٹوٹ جھلی پروٹین، کو ER شیٹس کی دو جھلیوں کے درمیان lumenal علیحدگی کو کنٹرول کرنے کے طریقہ کار کے طور پر تجویز کیا گیا ہے [12– 14]۔ شکل 1A میں دکھایا گیا ہے، اس کا بڑا کوائلڈ کوائل ڈومین ER کے لیمن کے اندر بیٹھتا ہے اور شیٹ کی موٹائی کو منظم کرنے کے لیے دوسرے CLIMP-63 پروٹین کے کوائلڈ کوائل ڈومینز سے منسلک ہونے کا قیاس کیا گیا ہے [12]۔ CLIMP-63 کا حد سے زیادہ اظہار نانوہولز پر مشتمل شیٹس کی تشکیل کا باعث بنتا ہے [33]۔

شیٹ کی موٹائی کو متاثر کرنے والا دوسرا عنصر شاید رائبوزوم کے گروپس، جنہیں پولی ربوسومز بھی کہا جاتا ہے، ER [44] کے سائٹوسولک چہرے سے منسلک ہوتے ہیں (شکل 1G دیکھیں)۔ ER سطح سے رائبوزوم کو ہٹانا چادروں کے ٹوٹیبلز کو تبدیل کرنا، اس مفروضے کی حمایت کرتا ہے کہ پولی ربوسومز ER شیٹس کو مستحکم کرتے ہیں [45]۔ p180 andkinectin، دو پروٹین جو CLIMP-63 سے ملتے جلتے ہیں، چادروں کی سطح کو پھولنے میں کردار ادا کر سکتے ہیں [13]، حالانکہ اس خیال کی حمایت کرنے والے بہت کم حتمی ثبوت موجود ہیں۔ دونوں پروٹین مائیکرو ٹیوبول موٹر کائنسین کے لیے ممکنہ ریسیپٹرز ہیں-1 (سیکشن 3.1.1 دیکھیں)۔

مائیکرو ٹیوبولس اور ایکٹین سائٹوسکلٹن ER پوزیشن اور مورفولوجی کو منظم کرنے میں ایک اہم کردار ادا کرتے ہیں، دونوں متحرک اور جامد روابط (شکل 1D، E) کے ذریعے، جیسا کہ سیکشن 3 میں بحث کی گئی ہے۔ جنکشن کی دیکھ بھال، اور شیٹ کی موٹائی کا ضابطہ عام ER ڈھانچے کی دیکھ بھال کے لیے ضروری ہے۔

For more information:1950477648nn@gmail.com