По сравнению с бактериями, у эукариот генетический материал находится в ядре клетки. Его внешняя оболочка состоит из ядерной оболочки с многочисленными ядерными порами. Молекулы транспортируются в ядро клетки или из него через эти поры. Под мембраной находится ядерная пластинка, нитевидная сеть толщиной всего в несколько миллионных долей миллиметра. Это стабилизирует клеточное ядро и защищает находящуюся под ним ДНК от внешних воздействий. Кроме того, пластинка играет ключевую роль в важнейших процессах в клеточном ядре, таких как организация хромосом, активность генов и дублирование генетического материала перед клеточным делением.
Детальное трехмерное изображение ядерной пластинки в естественной среде
Теперь, впервые, группе исследователей во главе с профессором клеточной биологии Охадом Медалией из отдела биохимии UZH удалось детально выяснить молекулярную архитектуру ядерной пластинки в клетках млекопитающих. Ученые исследовали клетки фибробластов мышей с помощью криоэлектронной томографии. «Этот метод сочетает в себе электронную микроскопию и томографию и позволяет отображать клеточные структуры в 3D в почти естественном состоянии», - объясняет Ягмур Тургай, первый автор исследования. Клетки подвергают шоковой заморозке в жидком этане при температуре минус 190 градусов без предварительной обработки вредными химическими веществами, тем самым сохраняя клеточные структуры в исходном состоянии.
«Ламиновая сетка представляет собой слой толщиной около 14 нанометров, расположенный непосредственно под комплексами пор ядерной мембраны и состоящий из областей, которые упакованы более или менее плотно», - говорит Ягмур Тургай, описывая архитектуру ядра. нуклеоскелет. Каркас состоит из тонких нитевидных структур, различающихся по длине, - ламиновых филаментов. Ламиновые филаменты толщиной всего 3,5 нанометра намного тоньше и нежнее, чем структуры, образующие цитоскелет вне клеточного ядра у высших организмов.
Новый подход к исследованию прогерии и мышечной дистрофии
Строительными блоками филаментов являются два белка - ламиновые белки типа А и В, которые собираются в полимеры. Они состоят из длинного стержня и шаровидного домена, очень похожего на булавку с головкой. Отдельные мутации в гене ламина вызывают тяжелые заболевания с такими симптомами, как преждевременное старение (прогерия), атрофия мышц (мышечная дистрофия), липодистрофия и поражение нервной системы (нейропатии). «Криоэлектронная томография позволит нам в будущем детально изучить структурные различия ядерной пластинки у здоровых людей и у пациентов с мутациями в гене ламина», - заключает Охад Медалиа. По словам структурного биолога, этот метод позволяет разрабатывать новые модели заболеваний на молекулярном уровне, что открывает путь для новых терапевтических вмешательств.