Биолог MIT разбирает самое сложное клеточное образование — ядерную пору
Ядерная пора — один из важнейших элементов клетки. Этот крошечный, но невероятно сложный канал регулирует поток информации в ядро и из него, направляя всю остальную клеточную активность.
О структуре ядерной поры известно мало, но биолог MIT Томас Шварц пытается это изменить. С помощью рентгеновской кристаллографии он постепенно воссоздает детальную картину того, как 500 белков формируют ядерные поры и выполняют свою ключевую роль.
«Ядерный транспорт фундаментален для жизни, — говорит Шварц. — Если вы хотите понять, как работает клетка, вам нужно понять, как работает транспорт».
В ядре клетки хранится весь её генетический материал в форме DNA. Эти инструкции копируются в messenger RNA (mRNA), нити которой должны покинуть ядро, чтобы направлять синтез белков в клетке. Через ядерные поры также проходят белки и другие сигнальные молекулы. Однако многие вопросы об их сборке и контроле активности остаются без ответа.
«Мы не знаем, как белки, находящиеся в ядерной мембране, туда попадают. Мы не понимаем, как вирусы взаимодействуют с порой и проходят через неё. И мы не понимаем, как такое огромное разнообразие субстратов может проходить через одну и ту же пору», — отмечает Шварц.
Сложная задача
Кропотливое воссоздание сложных взаимодействий 500 белков ядерной поры идеально подходит аналитическому складу ума Шварца. После изучения биохимии в Свободном университете Берлина он три года провёл в MIT в лаборатории легендарного структурного биолога Александера Рича, известного открытием структур левосторонней DNA и transfer RNA (tRNA).
Работа с Ричем была «вдохновляющей», говорит Шварц. В его лаборатории он использовал рентгеновскую кристаллографию для определения структуры белка, связывающегося с левосторонней DNA. Этот метод привлек его тем, что даёт прямое визуальное отображение функции молекулы, обеспечивая чёткий ответ, в отличие от данных, допускающих множественные интерпретации.
Завораживающая структура
После защиты PhD Шварц вернулся в Берлин, но понял, что скучает по атмосфере MIT, где «люди живут наукой». Он провёл четыре года в постдокторантуре в Университете Рокфеллера, работая с Гюнтером Блобелом, где и заинтересовался комплексом ядерной поры.
В каждой поре встречается 30 различных типов белков, а общее количество белковых молекул в одной поре составляет около 500.
«С точки зрения структуры, это одна из самых увлекательных и крупнейших сборок, известных нам в клетке», — говорит Шварц.
В MIT Шварц и его лаборатория воссоздают структуру поры, кристаллизуя по несколько белков за раз, а затем объединяя структуры перекрывающихся участков.
Более глубокое понимание работы ядерных пор может помочь в разработке новых способов блокировки ретровирусов, таких как HIV, которые проникают в ядро клетки и захватывают её генетический аппарат.
«Любому ретровирусу нужно пройти через пору, — объясняет Шварц. — Если бы мы действительно поняли все молекулярные взаимодействия, происходящие там, у нас появился бы совершенно новый путь для создания лекарств. На данный момент не существует ни одного препарата, нацеленного на этот процесс».