Открыт новый механизм транспорта крупных рибонуклеопротеинов
Движение генетических материалов, таких как РНК и рибосомы, из ядра в цитоплазму — критически важный процесс для производства белков в клетке. До сих пор считалось, что ядерный поровый комплекс (NPC) — единственный путь для этих материалов. Новые данные, опубликованные в Cell Вивиан Будник, Мелиссой Дж. Мур и их коллегами из Медицинской школы Университета Массачусетса, выявили новый механизм почкования, аналогичный процессу, используемому некоторыми вирусами, для экспорта крупных рибонуклеопротеиновых (RNP) частиц из ядра.
«Результаты этой работы фундаментально меняют наше понимание экспорта mRNA из ядра», — сказала Мур. — «Помимо канонического пути через ядерный поровый комплекс, мы теперь знаем, что крупные транспортные гранулы РНК могут собираться в ядре и экспортироваться с помощью механизма почкования, который, как считалось ранее, используется только вирусом герпеса».
Исследование также помогло раскрыть, как РНК поддерживают развитие постсинаптического аппарата, отметила Будник. Оно предоставляет новые данные о коммуникации между ядром и цитоплазмой, важные для заболеваний, затрагивающих ядерную оболочку, таких как мышечные дистрофии, и инфекций герпесного типа, например, опоясывающего лишая.
Ядерные поры — это небольшие отверстия в ядерной оболочке, которые позволяют определенным молекулам (messenger RNA, transfer RNA, рибосомам) пересекать барьер между ядром и цитоплазмой. В некоторых клетках эти РНК связаны в крупные кластеры — транспортные гранулы, которые доставляются в определенные места клетки для синтеза нужных там белков.
«Когда мы смотрим на масштаб этих транспортных гранул, мы видим, что они слишком велики, чтобы пройти через ядерный поровый комплекс», — сказала Мур. — «Открытым оставался вопрос: где впервые собираются эти гранулы? И если в ядре, то как они попадают в цитоплазму?»
Изучая развитие синапсов, Будник обнаружила новый метод транспорта этих крупных RNP-частиц через ядерную оболочку. Исследователи изучали, как белок Wnt/wingless (Wg), секретируемый мотонейроном, инициирует реакцию с рецептором DFrizzled2 (DFz2) на мышечной клетке. Это взаимодействие приводит часть DFz2 в ядро мышечной клетки, где она накапливается вокруг крупных RNP-гранул, содержащих messenger RNAs. Эти РНК в итоге отвечают за создание синаптических белков, необходимых для увеличения соединения между нейроном и мышцей.
Именно изучая этот процесс, исследователи увидели, как эти крупные гранулы необычным образом покидают ядро.
«Самым удивительным было то, что ядерные DFz2-large-RNPs использовали новый механизм для выхода из ядра, который, по-видимому, не зависел от ядерных пор и напоминал выход вирусов герпесного типа из ядерной оболочки», — сказал Шон Д. Спис.
При инфекции частицы вируса герпеса собираются в ядре, но они слишком велики для выхода через поры. Вместо этого они почкуются через двойные мембраны ядерной оболочки. Белковая оболочка вируса разрушает ламину — волокнистый компонент под внутренней ядерной мембраной, который, среди прочего, закрепляет ядерные поры. Это позволяет вирусу встроиться в пространство между мембранами и в итоге высвободиться в цитоплазму.
«Аналогичным образом мы обнаружили, что DFz2C-RNPs используют тот же механизм и вирусный аппарат для попадания в цитоплазму», — сказал Спис.
Попав в ядро, DFz2C RNP рекрутируют белки (например, киназу C), чтобы разрушить ламины, что позволяет им почковаться во внутреннюю ядерную мембрану.
«В обоих случаях этот процесс зависел от белка ламина A-типа, который у человека ассоциирован с рядом мышечных дистрофий и синдромов преждевременного старения при его мутации», — отметил Спис.
Эти открытия имеют серьезные последствия для понимания множества биологических вопросов, включая транспорт РНК, развитие синапсов и биологию вируса герпеса.