Продвинутая визуализация раскрывает секреты клеточного контроля за движением молекул

Новое исследование из Texas A&M Health Science Center проливает свет на то, как клетки регулируют движение молекул через ядерную оболочку с помощью ядерных поровых комплексов (NPCs). Эта система имеет решающее значение, и её дисфункция связана с нейродегенеративными заболеваниями и раком.

Команда Зигфрида Массера использовала передовую технику визуализации MINFLUX, чтобы отслеживать молекулярные движения с миллисекундным разрешением в 3D, в масштабе примерно в 100 000 раз меньше ширины человеческого волоса.

Неожиданная система движения

Ключевые открытия, опубликованные в Nature:

• Процессы импорта (вход в ядро) и экспорта (выход из ядра) происходят по перекрывающимся "магистралям" внутри NPC, а не по отдельным каналам, как предполагалось ранее.
• Молекулы движутся в обоих направлениях по узким каналам, "обходия" друг друга.
• Движение происходит в основном близко к стенкам канала, центр поры остаётся незанятым.
• Скорость движения внутри NPC примерно в 1000 раз медленнее, чем в открытом растворе, из-за сети неупорядоченных белков, блокирующих пору.

"Это наихудший сценарий — двустороннее движение в узких каналах", — отметил Массер.

Как избежать "пробок"

Несмотря на медленное движение, транспорт через NPC, по-видимому, успешно избегает заторов. Одна из гипотез — молекулы могут двигаться через один из восьми отдельных транспортных каналов, каждый из которых ограничен отдельной "спицей" в периферическом кольце поры, что помогает регулировать поток.

"У дрожжевых ядерных пор давно известен 'центральный штекер', но природа этого материала неизвестна. У людей такой 'штекер' не наблюдался, но функциональная компартментализация очень возможна, и центр поры может быть основным путём экспорта mRNA", — пояснил Массер.

Значение для медицины и будущие исследования

NPC играет ключевую роль в клеточной функции. Его дисфункция связана с такими заболеваниями, как боковой амиотрофический склероз (БАС), болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона. Повышенная активность транспорта через NPC также важна для роста раковых клеток.

Хотя воздействие на определённые области NPC может быть потенциальной терапевтической стратегией, Массер предупреждает, что транспорт через ядерные поры — фундаментальная клеточная функция, и вмешательство может вызвать серьёзные побочные эффекты.

Будущие исследования команды будут направлены на выяснение, используют ли разные типы грузов (например, крупные рибосомные субъединицы и mRNA) различные транспортные пути или общий маршрут. Также рассматривается возможность адаптации MINFLUX для визуализации в реальном времени в живых клетках.