Разгадана загадка транспорта белков через ядерные поры
Исследование разрешило давние споры о транспорте важных белков, связанных со многими человеческими заболеваниями, через одну из самых сложных и совершенных структур клетки.
Результаты показывают, что большинство трансмембранных белков ядерной оболочки (NET) попадают в ядро клетки через небольшие туннели, известные как периферические каналы, существование которых долгое время оспаривалось учёными.
Ошибки в локализации или функции белков NET связаны со многими заболеваниями человека, такими как мышечные дистрофии, кардиомиопатия, заболевания крови и костей, а также рак.
Большинство растворимых белков перемещаются через комплексы ядерных пор (NPC) — обширные туннелеподобные структуры, пересекающие ядерную оболочку (защитную мембрану, окружающую ядро — командный центр клетки).
«NPC — одна из самых важных молекулярных машин клетки, контролирующая транспорт белков и РНК в ядро и из него, но их размер и сложность привели к появлению множества различных теорий о транспорте белков NET», — говорит ведущий автор исследования профессор Эрик Ширмер из Эдинбургского университета.
Команда, включающая исследователей из Эдинбургского университета и Университета Темпл (Филадельфия, США), использовала новый тип микроскопии сверхвысокого разрешения — single-point edge-excitation sub-diffraction (SPEED), — который отслеживает движение отдельных молекул белка в живых клетках.
Это исследование впервые предоставило убедительные функциональные доказательства существования и важности более мелких периферических каналов по краям центральных каналов NPC для транспорта белков NET.
Это открытие может объяснить, почему некоторые мутировавшие белки NET оказываются в неправильном месте и вызывают заболевание, потенциально прокладывая путь к новым стратегиям лечения.
Белки NET помогают обеспечить правильную организацию, считывание и использование генетического материала клетки, находящегося внутри ядра. Для этого они должны попасть в правильное место на внутренней стороне ядерной оболочки.
Команда обнаружила, что блокировка периферических туннелей останавливала транспорт NET, даже несмотря на то, что более крупные комплексы ядерных пор (NPC) оставались функциональными.
Блокировка туннелей NPC не нарушала транспорт, хотя команда обнаружила, что 10% белков NET используют оба туннеля одновременно для более быстрого и эффективного транспорта.
«Нобелевский лауреат Гюнтер Блобель был провидцем, предполагая, что NPC — огромные туннельные комплексы, содержащие сотни структурных белков — являются высоко пластичными и динамичными», — говорит Ширмер. «Это подтверждается данным исследованием, где одновременное использование NET как центральных, так и периферических каналов могло произойти только в том случае, если NET эффективно прорезаются через этот динамичный белковый комплекс».
Результаты также предполагают, что периферические каналы являются важным резервным механизмом, например, когда вирусная инфекция блокирует более крупные туннели NPC.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, было профинансировано Национальными институтами здоровья США (NIH) и Wellcome.