Теперь исследователи из Университета Рокфеллера, Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и Центра структурной биологии Нью-Йорка определили молекулярный механизм, который делает возможным как быстрое, так и специфичное для груза прохождение через NPC для больших молекул. Их работа появилась 15 сентября в eLife.
Ученые уделяют пристальное внимание этой регуляции, поскольку дисфункция ядерного транспорта связана со многими заболеваниями, включая рак и нарушения развития.В то время как небольшие молекулы могут легко проходить в ядро ??и выходить из него, транспорт больших молекул, таких как белки и РНК, более сложен и менее изучен.
Они перемещаются через NPC быстро, но также выборочно, чтобы избежать пропуска неправильных больших молекул.Уже было известно, что белки, называемые транспортными факторами, связываются с большим грузом и сопровождают его через NPC. Команда под руководством Майкла П. Раута, профессора Рокфеллеровского университета и главы Лаборатории клеточной и структурной биологии, и Дэвида Кауберна, профессора биохимии и физиологии. биофизика в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна стремилась объяснить скорость, с которой транспортные факторы переносят большие молекулы через NPC, процесс, который длится всего несколько миллисекунд.«Понятно, как эти транспортные факторы выборочно выбирают свой груз и связываются с ним», — говорит Рут. «Однако было неясно, как такой специфический процесс может так быстро проводить молекулы через комплекс ядерных пор».
В центре NPC транспортные факторы и их груз должны проходить через селективный фильтр, состоящий из белков, называемых FG Nups. Эти белки образуют плотную сетку, которая обычно препятствует проникновению больших молекул. Используя метод, известный как спектроскопия ядерного магнитного резонанса, исследователи собрали информацию в атомном масштабе о поведении ядер FG, сосредоточив внимание на Nsp1, наиболее изученном представителе ядер FG.Обычно белки складываются в большие структуры.
По сравнению с небольшими молекулами, такими как вода, эти большие белковые структуры движутся очень медленно. Это означает, что их взаимодействия соответственно медленны.Исследователи измерили физическое состояние повторов FG с привязанными к ним транспортными факторами и без них. Они обнаружили, что вместо того, чтобы сворачиваться, как обычно делают белки, FG Nups являются рыхлыми и похожими на струны, оставаясь очень динамичными и не имеющими предсказуемой структуры.
«Обычно связывание между традиционно свернутыми белками — это трудоемкий и громоздкий процесс, но поскольку FG Nups развернуты, они движутся очень быстро, как небольшие молекулы. Это означает, что их взаимодействие происходит очень быстро», — объясняет Раут.
Неупорядоченная структура областей FG имеет решающее значение для скорости движения транспорта, что позволяет быстро загружать и выгружать грузовые транспортные средства. В то же время, поскольку транспортные факторы имеют несколько сайтов связывания для FG Nups, они являются единственными белками, которые могут специфически взаимодействовать с ними, делая транспорт как быстрым, так и специфичным.«Мы заметили, что существует минимальное создание статической хорошо упорядоченной структуры в комплексах FG Nups и транспортных факторов», — говорит Коуберн. «Наши наблюдения, как мы предполагаем, являются первым случаем, когда« нечеткое »свойство взаимодействия является ключевой частью его реальной биологической функции».Команда надеется, что это открытие приведет к подробным характеристикам путей ядерного переноса и более тщательному изучению функции NPC.
В конечном счете, лучшее понимание того, как работает NPC, не только даст новое понимание базовой биологии клеток, но также будет иметь значение для здоровья и болезней.