Динамическая сеть белков в порах ядерной оболочки блокирует опасных захватчиков

Крошечные поры в ядре клетки играют ключевую роль для здорового старения, защищая и сохраняя генетический материал. Учёные из отдела теоретической биофизики Института биофизики Макса Планка и группы синтетической биофизики белкового беспорядка Университета Йоханнеса Гутенберга буквально заполнили пробел в понимании структуры и функции этих ядерных пор.

Исследователи выяснили, как внутренне неупорядоченные белки в центре поры могут формировать подвижный барьер, похожий на спагетти, который проницаем для важных клеточных факторов, но блокирует вирусы или другие патогены.

Молекулярные вышибалы

Клеточное ядро защищено ядерной мембраной. Для обмена молекулами с остальной клеткой в мембране встроено около 2000 пор, каждая из которых состоит примерно из 1000 белков. Эти поры действуют как привратники генома, пропуская необходимые вещества и блокируя патогены.

Около 300 белков, прикреплённых к каркасу поры, выступают в центральное отверстие подобно щупальцам. Эти белки являются внутренне неупорядоченными (IDPs) — у них нет определённой трёхмерной структуры, они гибкие и постоянно движутся, «как спагетти в кипящей воде». До сих пор центральная область поры изображалась как пустое отверстие, поскольку определить организацию IDPs было невозможно.

Комбинация микроскопии и компьютерного моделирования

Команда использовала новую комбинацию методов:

• Синтетическая биология и многомерная флуоресцентная микроскопия для маркировки и визуализации белков в живых клетках.
• Молекулярное динамическое моделирование для расчёта пространственной организации, взаимодействий и движения IDPs.

Впервые удалось визуализировать «ворота в центр управления человеческой клеткой».

Динамический барьер, а не дыра

«Щупальца» в транспортной поре взаимодействуют друг с другом и с грузом, постоянно двигаясь. В центре поры нет отверстия, а есть «щит» из извивающихся молекул, похожих на спагетти.

• Вирусы или бактерии слишком велики, чтобы пройти через это сито.
• Крупные клеточные молекулы, необходимые в ядре, могут пройти, если имеют специфические сигналы («входной билет»).

Значение и перспективы

• Новый этап в исследованиях: Раскрытие организации заполнения поры открывает новую фазу в изучении ядерного транспорта.
• Понимание ошибок: Поможет понять, как некоторым вирусам удаётся преодолеть барьер.
• Изучение IDPs: Метод позволяет детально изучать внутренне неупорядоченные белки, которые встречаются почти у всех видов и важны для клеточных функций, но с возрастом склонны к образованию агрегатов, ведущих к нейродегенеративным заболеваниям (например, болезни Альцгеймера).
• Практическое применение: Понимание функций IDPs может помочь в разработке новых лекарств или вакцин для предотвращения вирусных инфекций и здорового старения.

Исследование опубликовано в журнале Nature.