Впервые сняли на видео "живые" ядерные поровые комплексы в работе

Используя сверхбыстрый атомно-силовой микроскоп, исследователи из Базельского университета впервые сняли на видео "живые" ядерные поровые комплексы (NPC) в работе. Ядерные поры — это молекулярные машины, контролирующие транспорт в ядро клетки и из него. В статье, опубликованной в Nature Nanotechnology, учёные объясняют, как прохождение нежелательных молекул предотвращается быстро движущимися молекулярными "щупальцами" внутри поры.

Ядерные поровые комплексы регулируют транспорт молекул

Известно, что ядерные поры — это не простые отверстия, а массивные транспортные узлы, встроенные в ядерную мембрану тысячами. Они имеют форму пончика и состоят примерно из тридцати разных белков — нуклеопоринов, а также центрального транспортного канала. Внутри поры несколько неупорядоченных белков (FG Nups) образуют селективный барьер или фильтр. Малые молекулы легко проходят через него, а крупные, например белки, — нет. Исключение составляют белки, необходимые в ядре (например, для репликации или репарации генетического материала). Их транспорт из цитоплазмы в ядро обеспечивают специальные рецепторы, распознающие на этих белках специфическую "адресную метку".

Высокоскоростной АСМ раскрывает динамические процессы

"С помощью высокоскоростного атомно-силового микроскопа мы впервые смогли заглянуть внутрь нативных ядерных поровых комплексов размером всего сорок нанометров", — говорит руководитель исследования Родерик Лим. "Этот метод меняет правила игры. Мы увидели отдельные FG Nups и сняли их в действии. Раньше это было невозможно!"

Для экспериментов аспиранту Юсуке Сакияме пришлось выращивать сверхострые углеродные нановолокна на каждом зонде микроскопа, чтобы достичь внутренней части NPC. Это позволило получить видеопоследовательность из множества изображений и наблюдать "правдоподобную" динамику биологических процессов на наноуровне.

Барьер из извивающихся молекулярных "щупалец"

Высокое пространственное и временное разрешение позволило учёным показать, что филаменты FG Nups обладают высокой гибкостью. "Они не жёсткие щетинки, а совсем наоборот. Как тончайшие щупальца, FG Nups быстро колеблются, удлиняются, сокращаются и иногда даже ненадолго переплетаются внутри поры", — объясняет Лим. Скорость их движения определяет, какие молекулы могут пройти через пору. "Крупные частицы движутся намного медленнее, чем FG Nups, и поэтому многократные столкновения с ними препятствуют их проникновению в NPC", — говорит учёный. "Малые молекулы, однако, диффундируют быстро и имеют высокую вероятность преодолеть барьер из FG Nups".

Понимая, как NPC функционируют как транспортные узлы в живых клетках, Лим и его коллеги теперь исследуют, как вдохновлённые ядерными порами селективные фильтры могут регулировать молекулярный трафик в небиологических системах.