Исследования показывают ключевое взаимодействие, открывающее канал в ядро ​​клетки.

В исследовании, опубликованном 4 июня в Cell, ученые из Университета Рокфеллера раскрыли важные этапы динамического танца, который расширяет и сужает комплекс ядерных пор — последнее достижение в их постоянных усилиях по выявлению механизма, с помощью которого его центральный канал допускает определенные молекулы. Их работа, основанная на количественных биофизических данных, показала, что комплекс ядерных пор — это намного больше, чем инертная структура, которой когда-то считалось.

«Преобладающая мудрость рассматривает комплекс ядерных пор как жесткий канал. Вместо этого мы обнаружили, что он отвечает на потребность в транспортировке, открывая и закрываясь в элегантно простом цикле», — говорит автор исследования Гюнтер Блобель, профессор Джона Д. Рокфеллера-младшего. и заведующий лабораторией клеточной биологии. «Наше последнее исследование показывает, как белки, называемые транспортными факторами, которые, как известно, сопровождают законный груз через комплекс ядерных пор, заставляют кольцо в середине центрального канала расширяться».

Более миллиарда лет назад определенные клетки получили эволюционное преимущество, окружив свою ДНК защитной мембраной, создав ядро. Однако это нововведение создало проблему: как перемещать молекулы, в некоторых случаях очень большие, внутрь и наружу.

Комплекс ядерных пор был одним из решений, впервые описанных в Рокфеллере более 50 лет назад Майклом Уотсоном, постдоком из лаборатории Паладе-Портера. Спустя годы лаборатория Блобеля определила первый из белков, которые выступают в качестве строительных блоков комплекса: нуклеопорины. В течение некоторого времени предполагалось, что неструктурированные части некоторых молекул нуклеопоринов защищают жесткий центральный канал комплекса, создавая своего рода гелеподобный барьер.

Но продолжающаяся работа в лаборатории Блобеля указывает на то, что центральный канал совсем не жесткий. В предыдущем исследовании группа из его лаборатории идентифицировала гибкое кольцо в середине центрального канала, диаметр которого определялся двумя из примерно 30 нуклеопоринов комплекса ядерных пор, Nup58 и Nup54, которые связываются и отделяются друг от друга в то, что исследователи назвали кольцевым циклом. Когда эти два нуклеопорина связываются, кольцо расширяется до диаметра до 50 нанометров, размера, способного вместить рибосомную субъединицу, самый большой и сложный молекулярный груз клетки. Затем, когда нуклеопорины разделяются, одно кольцо делится на три кольца диаметром 20 нанометров.

Это последнее исследование, проведенное доктором Джунсоком Кохом в лаборатории Блобеля, исследует, как транспортный фактор, известный как кариоферин, инициирует расширение кольца. Для этого Ко измерил изменения тепла во время реакций между тремя компонентами, кариоферином, Nup58 и Nup54.

Подобные биофизические данные показывают динамику энергии во время этих реакций и, таким образом, дают ключ к разгадке поведения участвующих молекул. Чтобы разобрать эту сложную систему, Кох математически проанализировал данные, собранные в различных условиях. Его результаты выявили неожиданную роль неупорядоченной области Nup58.«Мы обнаружили, что когда одна молекула кариоферина связывается по крайней мере с двумя неупорядоченными областями Nup58, она стабилизирует Nup58 таким образом, что расширенная конформация, в которой соседняя упорядоченная область Nup58 соединяется с Nup54, становится более благоприятной. в результате, чем больше присутствует молекул кариоферина, тем больше расширяется кольцо », — говорит Кох. «Основываясь на этих результатах, мы смогли разработать схему для прогнозирования степени расширения кольца с учетом количества присутствующих транспортных факторов».

«Хотя это открытие является важным шагом в понимании того, как открывается и закрывается комплекс ядерных пор, его значение выходит за рамки базовой клеточной биологии», — говорит Блобель, который также является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. «Вполне вероятно, что даже незаметные проблемы в работе комплекса ядерных пор могут со временем привести к многочисленным заболеваниям».


Портал обо всем