เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม: ชนิดหยาบและชนิดเรียบ

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER) คือเครือข่ายที่เชื่อมต่อกันของท่อเมมเบรนและถุงแบนที่ต่อเนื่องกับเยื่อหุ้มนิวเคลียส และเป็นระบบเมมเบรนที่ใหญ่ที่สุดของเซลล์ยูคาริโอต มีอยู่สองรูปแบบคือ ชนิดหยาบซึ่งมีไรโบโซมเกาะอยู่ ทำหน้าที่สังเคราะห์และพับโปรตีนของเมมเบรนและโปรตีนหลั่ง และชนิดเรียบซึ่งไม่มีไรโบโซม ทำหน้าที่สังเคราะห์ไขมัน การล้างพิษ และการเก็บแคลเซียม

Definition

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมคือเครือข่ายที่มีขอบเขตเป็นเมมเบรนต่อเนื่องกัน ซึ่งเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มนิวเคลียส โดยบริเวณหยาบ (ที่มีไรโบโซม) ทำหน้าที่สังเคราะห์และพับโปรตีนที่เข้าสู่เส้นทางการหลั่ง และบริเวณเรียบทำหน้าที่สังเคราะห์ไขมัน การล้างพิษ และการเก็บแคลเซียม

Scope

บทความนี้ครอบคลุมความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่าง ER ชนิดหยาบและชนิดเรียบ การนำโปรตีนเข้าสู่ ER ชนิดหยาบพร้อมกับการแปลรหัส การพับโปรตีนและการควบคุมคุณภาพด้วยการตอบสนองต่อโปรตีนที่พับผิดรูป และบทบาทของ ER ชนิดเรียบในการสังเคราะห์ไขมัน การล้างพิษ และการจัดการแคลเซียม เป็นหัวข้ออ้างอิงทางชีววิทยาของเซลล์และเนื้อเยื่อวิทยา ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก

Core questions

• โปรตีนที่กำลังสร้างเข้าสู่ ER ชนิดหยาบและถูกพับและควบคุมคุณภาพได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่าง ER ชนิดหยาบและชนิดเรียบในเชิงโครงสร้างและหน้าที่?
• ER รับรู้และตอบสนองต่อการสะสมของโปรตีนที่พับผิดรูปได้อย่างไร?
• ER ชนิดเรียบมีส่วนช่วยในการสังเคราะห์ไขมันและการจัดการแคลเซียมได้อย่างไร?

Key concepts

• ER ชนิดหยาบเทียบกับชนิดเรียบ
• การนำเข้าโปรตีนพร้อมกับการแปลรหัส
• การพับโปรตีนและการควบคุมคุณภาพของ ER
• การย่อยสลายที่เกี่ยวข้องกับ ER (ERAD)
• การสังเคราะห์ไขมันและสเตียรอยด์
• การเก็บแคลเซียมและซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม
• การล้างพิษโดยไซโตโครมของ ER ชนิดเรียบ

Key theories

การตอบสนองต่อโปรตีนที่พับผิดรูป (UPR)

การสะสมของโปรตีนที่พับไม่ถูกต้องหรือไม่สมบูรณ์ในลูเมนของ ER ถูกตรวจจับโดยเซ็นเซอร์ข้ามเมมเบรนที่กระตุ้นโปรแกรมการถอดรหัสและการแปลรหัสที่ประสานกันเพื่อฟื้นฟูความสามารถในการพับ หรือหากล้มเหลว จะนำเซลล์ไปสู่การตาย

Mechanisms

บน ER ชนิดหยาบ ไรโบโซมที่แปลรหัสโปรตีนที่มีลำดับสัญญาณจะเข้ายึดกับเมมเบรนและส่งสายโซ่โปรตีนที่กำลังสร้างเข้าไปในหรือข้ามชั้นไขมันคู่ ซึ่งจะถูกพับและดัดแปลงก่อนการส่งออก ระบบควบคุมคุณภาพเฉพาะจะเก็บโปรตีนที่พับผิดรูปไว้ และกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่ผิดปกติอย่างต่อเนื่องเพื่อการเคลื่อนย้ายย้อนกลับและการย่อยสลาย เมื่อโปรตีนที่พับผิดรูปสะสม เซ็นเซอร์ข้ามเมมเบรนจะเริ่มต้นการตอบสนองต่อโปรตีนที่พับผิดรูปเพื่อเพิ่มความสามารถในการพับ หรือกระตุ้นการตายของเซลล์ ER ชนิดเรียบไม่มีไรโบโซมที่เกาะอยู่ และเป็นแหล่งหลักของการสังเคราะห์ฟอสโฟลิพิดและสเตียรอยด์ การเผาผลาญยาและสารพิษโดยเอนไซม์ออกซิไดซ์ และในฐานะซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมในกล้ามเนื้อ ทำหน้าที่เก็บและปล่อยแคลเซียมที่ควบคุมได้ องค์ประกอบของไขมันที่สร้างและรักษาไว้ที่นี่มีผลต่อพฤติกรรมของเมมเบรนปลายน้ำทั้งหมด

Clinical relevance

ความเครียดของ ER และข้อบกพร่องในการพับโปรตีนและการควบคุมคุณภาพมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการของโรคหลากหลายชนิด และความสามารถในการเผาผลาญยาของ ER ชนิดเรียบเป็นพื้นฐานว่าเซลล์จัดการกับสารแปลกปลอม (xenobiotics) จำนวนมากอย่างไร บทความนี้อธิบายกลไกปกติที่กระบวนการดังกล่าวเกี่ยวข้อง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมถูกอธิบายครั้งแรกโดย Keith Porter และเพื่อนร่วมงานในภาพถ่ายอิเล็กตรอนไมโครกราฟยุคแรกของเซลล์เพาะเลี้ยง และงานของ Palade ได้เชื่อมโยงบริเวณหยาบของมันกับการหลั่งโปรตีน สมมติฐานสัญญาณของ Blobel และ Sabatini อธิบายว่าโปรตีนถูกส่งไปยัง ER ชนิดหยาบได้อย่างไร และงานต่อมาโดย Walter, Ron และคนอื่นๆ ได้กำหนดการตอบสนองต่อโปรตีนที่พับผิดรูปว่าเป็นเส้นทางความเครียดที่รักษาสมดุลของออร์แกเนลล์

Key figures

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

Seminal works

• ron2007
• gardner2013

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมชนิดหยาบและชนิดเรียบคืออะไร?

ER ชนิดหยาบมีไรโบโซมเกาะอยู่และสังเคราะห์และพับโปรตีนสำหรับเส้นทางการหลั่ง ในขณะที่ ER ชนิดเรียบไม่มีไรโบโซมและเชี่ยวชาญในการสังเคราะห์ไขมัน การล้างพิษ และการเก็บแคลเซียม

การตอบสนองต่อโปรตีนที่พับผิดรูปคืออะไร?

เป็นโปรแกรมการส่งสัญญาณที่ถูกกระตุ้นเมื่อโปรตีนที่พับผิดรูปสะสมใน ER; เซ็นเซอร์ข้ามเมมเบรนจะทำหน้าที่เพิ่มความสามารถในการพับของออร์แกเนลล์ และหากความเครียดไม่ได้รับการแก้ไข อาจนำเซลล์ไปสู่การตาย