Как и у островного государства, у ядра клетки есть транспортная проблема. Эволюция окружила его двойной мембраной, ядерной оболочкой, которая защищает ДНК, но также и отрезает ее от остальной части клетки. Природное решение представляет собой массивную - по молекулярным меркам - цилиндрическую конфигурацию, известную как комплекс ядерных пор, через который проходит импорт и экспорт, соединяя основную часть клетки с ее штаб-квартирой.
В исследовании, описанном 14 марта в журнале Nature, ученые из Университета Рокфеллера и их коллеги описали архитектуру комплекса ядерных пор в дрожжевых клетках. Биологическая схема, которую они обнаружили, имеет те же принципы, которые иногда проявляются в гораздо большем масштабе в бетоне, стали и проволоке.
«Это напоминает нам подвесной мост, в котором сочетание прочных и гибких частей создает устойчивую к нагрузкам конструкцию», - говорит Майкл П. Раут, руководивший работой вместе с Брайаном Т. Чейтом.
Комплекс пор содержит 552 компонента белков, называемых нуклеопоринами, и ученые ранее не знали, как они все сочетаются друг с другом. Потребовалась комбинация подходов, чтобы составить исчерпывающую карту этих фрагментов. Исследователи надеются, что эта новая молекулярная структура позволит провести новые исследования того, как нормально функционирует ядерный портал и как его дефекты приводят к таким заболеваниям, как рак.
Веха
Поровый комплекс впервые появился, когда одноклеточные организмы - единственные живые существа в то время - приобрели специальные компартменты, содержащие органоподобные структуры, включая ядро, в котором хранится генетический код клетки.
Он служит не только проводником к ядру и от него, но и контрольно-пропускным пунктом, регулирующим то, что входит и выходит. Например, генетическим инструкциям, транскрибированным в РНК, разрешается выходить, в то время как белки, необходимые внутри ядра, могут проникать. Другие вещи, такие как вирусы, стремящиеся захватить клетку, держатся в страхе.
Раут и Чайт начали картографировать это древнее сооружение более 20 лет назад, зная, что проект может растянуться на десятилетия, поскольку цель их любопытства не так легко определить.
Более трети порового комплекса может перемещаться, и эта гибкость, наряду с огромными размерами структуры и постоянным потоком трафика, проходящего через нее, означала, что ни один подход к ее картированию не сработает. «В конце концов, мы использовали все, до чего могли дотянуться, объединили результаты и объединили их в единую структуру», - говорит Чейт, профессор Камиллы и Генри Дрейфуса при Рокфеллере.
Совместно с исследователями Калифорнийского университета в Сан-Франциско; Медицинская школа Бостонского университета; и Медицинского колледжа Бэйлора команда смогла определить тип и количество каждого нуклеопорина и их близость друг к другу, а также вес и форму всего комплекса..
Эти данные позволили им визуализировать анатомию многих отдельных пористых компонентов и поместить их все в комплекс пор. Они обнаружили сложную кольцевую структуру, состоящую из жестких диагональных колонн и гибких соединителей, которые напоминают башни и кабели искусственных сооружений, таких как мост Золотые Ворота..
Полученная карта является прорывом в области исследований с глубокой историей Рокфеллера. Комплекс пор впервые попал в поле зрения человека в 1950-х годах, когда университетский ученый Майкл Уотсон наблюдал небольшие плотности, усеивающие поверхность ядерной оболочки. И примерно два десятилетия спустя лаборатория Гюнтера Блобеля, скончавшегося в прошлом месяце, была одной из первых, кто обнаружил отдельные зародыши, а затем определил их структуру.
Новая отправная точка
Когда дело доходит до комплекса пор, дрожжи имеют много общего с нами. Когда команда сравнила свои данные со структурными данными из комплексов человеческих пор, они обнаружили, что аналогичные элементы расположены несколько иначе. Сходство предполагает, что комплекс пор дрожжей может быть полезен для исследований, имеющих отношение к людям.
И таких исследований еще много. Дефекты в поровом комплексе и его компонентах связаны с целым рядом заболеваний, включая аутоиммунные расстройства и рак; тем временем вирусы научились обходить его стороной. Но детали этих неисправностей и слепых зон часто остаются неясными.
Может помочь новая структура дрожжей. С его помощью команда обнаружила, что может нанести на карту участки, которые изменяются при некоторых видах рака, что свидетельствует, по их словам, о том, что комплекс пор дрожжей можно использовать для проверки того, как такие факторы, как стресс, лекарства или мутации, изменяют структуру человека, и, таким образом, помогает усилиям. понимать и лечить болезни.