В исследовании, изданном 4 июня в Клетке, ученые Рокфеллеровского университета раскрыли решающие шаги в динамическом танце, который расширяет и сжимает ядерный комплекс поры – последний прогресс в их продолжающихся усилиях дразнить обособленно механизм, которым его центральный канал допускает определенные молекулы. Их работа, на основе количественных биофизических данных, показала, что ядерный комплекс поры намного больше, чем инертная структура, которой это, как когда-то думали, было.«Преобладающая мудрость сняла ядерный комплекс поры в качестве твердого трубопровода. Вместо этого мы нашли, что это отвечает на потребность в транспорте, открываясь и закрываясь в изящно простом цикле», говорит автор исследования Гантер Блобель, профессор Джона Д. Рокфеллера младшего и глава Лаборатории Цитобиологии. «Наше новое исследование показывает, как белки, названные транспортными факторами, которые, как известно, сопровождали законный груз через ядерный комплекс поры, побуждают кольцо в середину центрального канала расширять».
Больше чем миллиард лет назад определенные клетки получили эволюционное преимущество, окружив их ДНК в защитной мембране, создав ядро. Однако эти инновации создали проблему: Как переместить молекулы, в некоторых случаях очень большие, в и. Ядерный комплекс поры был одним решением, сначала описанным в Рокфеллере более чем 50 лет назад Майклом Уотсоном, postdoc в Лаборатории Palade-носильщика.
Несколько лет спустя, лаборатория Блобеля определила первый из белков, которые действуют как стандартные блоки комплекса: nucleoporins. В течение некоторого времени было предположено, что неструктурированные части некоторых nucleoporin молекул охраняли твердый центральный канал комплекса, создавая своего рода подобный гелю барьер.
Но продолжающаяся работа в лаборатории Блобеля указывает, что центральный канал совсем не тверд. В предыдущем исследовании команда из его лаборатории определила гибкое кольцо посреди центрального канала, диаметр которого был определен двумя из ядерного комплекса поры приблизительно 30 nucleoporins, Nup58 и Nup54, которые связывают и разъединяют друг от друга в том, что исследователи назвали кольцевым циклом. Когда эти два nucleoporins связываются, кольцо расширяет к диаметру до 50 миллимикронов, размер, способный к размещению рибосомной подъединицы, самого большого и самого сложного из молекулярного фрахта клетки.
Затем когда nucleoporins отделяются, единственное кольцо делится на три кольца с диаметрами 20 миллимикронов.Это новое исследование, проводимое postdoc Junseock Koh в лаборатории Блобеля, исследует, как транспортный фактор, известный как karyopherin, начинает расширение кольца.
Чтобы достигнуть этого, Koh измерил изменения в тепле во время реакций между этими тремя компонентами, karyopherin, Nup58 и Nup54. Биофизические данные как это показывают энергетическую динамику во время этих реакций, и так дают представления о поведении включенных молекул. Чтобы дразнить обособленно эту сложную систему, Koh математически проанализировал данные, собранные при различных условиях. Его результаты показали неожиданную роль для беспорядочной области Nup58.
«Мы нашли, что, когда одна karyopherin молекула связывает по крайней мере с двумя беспорядочными областями Nup58, она стабилизирует Nup58 таким способом, которым расширенная структура – в котором соседняя заказанная область Nup58 соединяется с Nup54 – становится более благоприятной. В результате, чем больше karyopherin молекул присутствует, тем больше кольцо расширяет», говорит Кох. «На основе этих результатов мы смогли развивать структуру для предсказания степени, до которой кольцо расширит, учитывая сумму транспортных существующих факторов».
«В то время как это открытие – критический шаг в понимании, как ядерный комплекс поры открывается и закрывается, его последствия идут вне базовой цитобиологии», говорит Блобель, который является также Следователем Говарда Хьюза Медицинский Институт. «Вероятно, что даже тонкие проблемы в ядерной функции комплекса поры могут со временем приводить к многочисленным болезням».