Новые ключи к пониманию работы привратника клеточного ядра

Учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США обнаружили новые ключи к пониманию того, как молекулярная машина внутри клетки действует как привратник, позволяя одним молекулам входить в ядро и выходить из него, а другим — блокируя.

Учёные изучали ядерный поровый комплекс (NPC), который пересекает мембрану, отделяющую ядро от остальной части клетки. Удивительно, но эта наномашина может осуществлять селективный транспорт более тысячи молекул в секунду. Комплекс критически важен для поддержания здоровья организма, включая наш. Он транспортирует РНК и рибосомные белки из ядра и позволяет входить только важным молекулам. Его дисфункция также связана с несколькими заболеваниями, такими как рак, сердечные и инфекционные заболевания, аутоиммунные и нервные расстройства.

Однако, несмотря на десятилетия исследований, учёные не знают, что делает ядерный поровый комплекс одновременно высокопроизводительным и высокоселективным. Известно, что нанопора использует для транспорта молекул семейство белков под названием FG Nups. Эти белки находятся внутри поры и имеют гибкие области, которые кратковременно взаимодействуют с молекулами, позволяя проход одним и блокируя других. Но неясно, как именно эти белки выполняют эту работу.

Теперь, как сообщается 6 ноября в журнале Scientific Reports, учёные из Berkeley Lab обнаружили, что способность этих белков транспортировать груз, вероятно, обусловлена специфическими особенностями, закодированными в их последовательностях. Белковые последовательности в основном состоят из аминокислот, и в белках FG Nups учёные обнаружили разные типы аминокислот, расположенные особым образом внутри их последовательностей. Это расположение, по-видимому, формирует внутри ядерного порового комплекса сеть, оптимизированную только для одной цели: чрезвычайно эффективного транспорта молекулярного груза в ядро и из него.

"Наши результаты указывают на поразительное взаимодействие между различными типами аминокислот, которые тщательно расположены в последовательностях FG Nups", — говорит Мохаммад Мофад, ведущий учёный из Berkeley Lab и профессор Калифорнийского университета в Беркли.

Они обнаружили это взаимодействие аминокислот, проанализировав последовательности более 1000 белков FG Nups у 252 видов.

"Эти эволюционно консервативные особенности вполне могут объяснить, как FG Nups формируют сети для транспорта груза", — говорит Мофад.

В частности, учёные идентифицировали полярные аминокислоты и новооткрытую последовательность заряженных аминокислот, которую они назвали "Like Charge Region" (Область одноимённого заряда), как вероятных участников формирования сетей FG Nups в ядерных поровых комплексах. Они также обнаружили, что положительно заряженные "Like Charge Regions" подготавливают пору для отрицательно заряженных грузов и регулируют размер сети FG Nups, в то время как полярные аминокислоты способствуют формированию богатых FG Nups областей в поре.

"Это исследование — шаг вперёд к построению более полного понимания функции ядерного порового комплекса, что имеет многочисленные последствия для здоровья и болезней. Кроме того, наши результаты могут лечь в основу проектирования нанопор, вдохновлённых ядерным поровым комплексом, для технологий фильтрации и разделения", — заключает Мофад.