Исследование раскрывает, как наши клетки защищают ядра от нежелательных гостей

Международная группа учёных под руководством специалистов из UCL раскрыла структуру пор в ядрах клеток. Это объясняет, как поры избирательно блокируют проникновение определённых молекул, защищая генетический материал и нормальные функции клетки. Открытие может привести к разработке новых лекарств против вирусов, атакующих ядро, и новых способов доставки генной терапии.

В центре каждой клетки нашего тела находится ядро, содержащее ДНК. Для нормальной работы клетке необходимо окружить ядро защитной мембраной, которая должна пропускать жизненно важные молекулы. Поэтому мембрану пронизывают сотни крошечных ворот — ядерных пор.

Исследование, опубликованное в Nature Nanotechnology, изучало ядерные поры в яйцеклетках лягушки. Оно показало, что поры действуют как «суперсито», фильтруя молекулы не только по размеру, но и по химическим свойствам.

«Поры были известны как сито, которое могло бы задерживать сахар, одновременно пропуская зёрна риса, но было неясно, как они это делают», — сказал соавтор работы доктор Барт Хогенбум.

«Белки в центре пор спутываются достаточно плотно, чтобы образовать барьер, но не слишком туго — как клубок спагетти. Удивительно, но "нити спагетти" сгруппированы так, что позволяют малым молекулам и солям свободно проходить. Крупные молекулы, например, матричная РНК, могут пройти только в сопровождении молекул-шаперонов. Эти шапероны, называемые ядерными транспортными рецепторами, "смазывают" нити и ослабляют барьер, пропуская крупные молекулы. Это может происходить до нескольких тысяч раз в секунду», — добавил соавтор доктор Ариберто Фассати.

До этого учёные понимали общую форму пор и то, что белковые структуры в их центре контролируют поток молекул, но механизм был неизвестен. Существовали теории, что поры действуют как «щёточка» или как сито. Определить верную теорию было сложно из-за малых размеров, хрупкости пор и трудностей локализации белков.

Команда использовала метод атомно-силовой микроскопии (AFM). Подобно тому, как пальцы читают шрифт Брайля, AFM перемещает крошечную иглу по поверхности образца, измеряя его форму и твёрдость. Этот метод был выбран, потому что поры слишком малы для оптической микроскопии и слишком гибки для рентгеновской кристаллографии.

«AFM может выявить гораздо более мелкие структуры, чем оптические микроскопы, но это "ощущение", а не "видение". Задача — надавить достаточно сильно, чтобы почувствовать форму и твёрдость образца, но не настолько, чтобы сломать его. Это медленный и кропотливый процесс, но он позволяет создавать гораздо лучшие карты мелких объектов, чем другие методы — таким способом можно наблюдать даже отдельные атомы», — объяснил доктор Хогенбум.

Помимо объяснения удивительных свойств ядерных пор, исследование может помочь в разработке новых противовирусных препаратов и улучшении механизмов доставки генной терапии.

«Некоторые вирусы могут проникать в ядро клетки, обманывая белки в центре ядерных пор. Теперь, когда ядерные поры лучше изучены, могут появиться возможности для создания лекарств, предотвращающих такой вход вирусов. Также возможно улучшить дизайн современных механизмов доставки генной терапии, чтобы они лучше преодолевали ядерные поры и доставляли терапевтические гены в ядро», — сказал доктор Фассати.