Endoplasmatisches Retikulum: Rau und Glatt

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein miteinander verbundenes Netzwerk aus Membrantubuli und abgeflachten Säcken, das mit der Kernhülle verbunden ist und das größte Membransystem der eukaryotischen Zelle bildet. Es existiert in einer Ribosomen-besetzten rauen Form, die Membran- und sezernierte Proteine synthetisiert und faltet, und einer Ribosomen-freien glatten Form, die für die Lipidsynthese, Entgiftung und Kalziumspeicherung zuständig ist.

Definition

Das endoplasmatische Retikulum ist ein kontinuierliches, membranumschlossenes Netzwerk, das an die Kernhülle angrenzt und dessen raue (Ribosomen-tragende) Regionen Proteine synthetisieren und falten, die in den sekretorischen Weg eintreten, und dessen glatte Regionen Lipidsynthese, Entgiftung und Kalziumspeicherung durchführen.

Scope

Der Eintrag behandelt die strukturelle Unterscheidung zwischen rauem und glattem ER, den kotranslationalen Eintritt von Proteinen in das raue ER, die Proteinfaltung und Qualitätskontrolle mit der Unfolded Protein Response sowie die lipid-synthetisierenden, entgiftenden und kalziumregulierenden Funktionen des glatten ER. Es handelt sich um ein zellbiologisches und histologisches Referenzthema, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie gelangen naszierende Proteine in das raue ER und werden gefaltet und qualitätskontrolliert?
• Was unterscheidet das raue vom glatten ER strukturell und funktionell?
• Wie erkennt das ER die Akkumulation fehlgefalteter Proteine und reagiert darauf?
• Wie trägt das glatte ER zur Lipidsynthese und Kalziumregulation bei?

Key concepts

• Raues versus glattes ER
• Kotranslationaler Proteinimport
• Proteinfaltung und ER-Qualitätskontrolle
• ER-assoziierter Abbau (ERAD)
• Lipid- und Steroidsynthese
• Kalziumspeicherung und das sarkoplasmatische Retikulum
• Entgiftung durch Cytochrome des glatten ER

Key theories

Unfolded Protein Response (UPR)

Die Akkumulation ungefalteter oder fehlgefalteter Proteine im ER-Lumen wird von Transmembransensoren erkannt, die ein koordiniertes transkriptionelles und translationelles Programm auslösen, um die Faltungskapazität wiederherzustellen oder, falls dies fehlschlägt, die Zelle zum Zelltod zu führen.

Mechanisms

Am rauen ER docken Ribosomen, die Proteine mit einer Signalsequenz translieren, an der Membran an und fädeln die naszierende Kette in oder durch die Doppelschicht, wo sie gefaltet und modifiziert wird, bevor sie exportiert wird. Ein spezielles Qualitätskontrollsystem hält fehlgefaltete Proteine zurück und leitet hartnäckig abweichende Proteine zur Retrotranslokation und zum Abbau weiter; wenn sich ungefaltete Proteine ansammeln, initiieren Transmembransensoren die Unfolded Protein Response, um die Faltungskapazität zu erweitern oder Apoptose auszulösen. Das glatte ER besitzt keine gebundenen Ribosomen und ist der Hauptort der Phospholipid- und Steroidsynthese, des Medikamenten- und Toxinmetabolismus durch seine oxidierenden Enzyme und, als sarkoplasmatisches Retikulum im Muskel, der regulierten Kalziumspeicherung und -freisetzung. Die hier erzeugte und aufrechterhaltene Lipidzusammensetzung prägt das Verhalten aller nachgeschalteten Membranen.

Clinical relevance

ER-Stress und Defekte bei der Proteinfaltung und Qualitätskontrolle sind an einer Vielzahl von Krankheitsprozessen beteiligt, und die medikamentenmetabolisierende Kapazität des glatten ER ist die Grundlage dafür, wie viele Xenobiotika von der Zelle verarbeitet werden. Dieser Eintrag beschreibt die normalen Mechanismen, die solche Prozesse betreffen, und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder Behandlungsentscheidungen.

History

Das endoplasmatische Retikulum wurde erstmals von Keith Porter und Kollegen in frühen Elektronenmikroskopaufnahmen von kultivierten Zellen beschrieben, und Palades Arbeit verknüpfte seine rauen Regionen mit der Proteinsekretion. Die Signalhypothese von Blobel und Sabatini erklärte, wie Proteine in das raue ER geleitet werden, und spätere Arbeiten von Walter, Ron und anderen definierten die Unfolded Protein Response als den homöostatischen Stressweg des Organells.

Key figures

• Keith Porter
• George Palade
• Günther Blobel
• Peter Walter
• David Ron

Seminal works

• ron2007
• gardner2013

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen rauem und glattem endoplasmatischem Retikulum?

Das raue ER ist mit Ribosomen besetzt und synthetisiert und faltet Proteine für den sekretorischen Weg, während das glatte ER keine Ribosomen besitzt und auf Lipidsynthese, Entgiftung und Kalziumspeicherung spezialisiert ist.

Was ist die Unfolded Protein Response?

Es ist ein Signalprogramm, das ausgelöst wird, wenn sich fehlgefaltete Proteine im ER ansammeln; Transmembransensoren erweitern die Faltungskapazität des Organells und können, wenn der Stress ungelöst bleibt, die Zelle in den Zelltod treiben.