Биологи раскрыли структуру «привратника» клеточного ядра

Биологи под руководством доцента Томаса Шварца (MIT) определили базовый архитектурный план комплекса ядерной поры (NPC), «привратника» ядра клетки.

Массивный NPC, который позволяет молекулам, таким как РНК и белки, перемещаться в ядро и из него, является одной из крупнейших макромолекулярных структур в клетке (содержит около 5 миллионов атомов). Его структура на протяжении десятилетий считалась «святым Граалем» в структурной биологии. Шварц и его команда обнаружили, что каркас NPC образует открытую решетчатую структуру, похожую на другой мембранный комплекс — COPII. Этот комплекс имеет гораздо меньше компонентов и участвует в совершенно другом клеточном процессе — везикулярном транспорте, при котором материалы перемещаются в клетке, из нее и вокруг нее внутри везикул.

Это открытие раскрывает замечательную эволюционную историю. Белки, которые образуют строительные блоки в NPC и везикулярном покрове COPII, настолько уникальны, что до сих пор не были идентифицированы нигде больше в клетке. Когда модели белков были завершены, стало ясно, что эти две клеточные структуры имеют общего предка, существовавшего более миллиарда лет назад, который уже содержал те же строительные блоки, соединенные очень похожим образом. Во-вторых, обнаружение конкретной связи между NPC и гораздо более простым и лучше изученным везикулярным покровом COPII представляет собой значительный шаг к пониманию всей сборки NPC, которая оказывается удивительно модульной и, скорее всего, способной к самосборке.

Аспирант Стивен Брохон создал комплекс из трех белков ядерной поры в бактериях и вырастил микроскопические кристаллы этого комплекса. Затем он определил структуру комплекса методом рентгеновской кристаллографии. В целом, кристаллизация и определение структуры комплексов такого размера, особенно белков ядерной поры, — задача крайне сложная, но стратегии, такие как определение структуры небольших частей комплекса по отдельности, сделали проблему решаемой.

Структурное понимание того, что NPC и везикулярный покров COPII эволюционно связаны, открывает широкие возможности для будущих исследований. Доступные сейчас структуры — это лишь фрагменты общей головоломки комплекса ядерной поры. Однако раскрытие общей архитектуры теперь служит руководством для следующих шагов к пониманию всей транспортной машины. Кроме того, несколько других, в значительной степени спекулятивных идей об архитектуре NPC теперь можно отбросить.

«Полная структура NPC — это проект всей жизни, но мы показали, что это выполнимо и того стоит, и что на этом пути можно сделать много неожиданных открытий», — говорит Шварц.

Источник: «Molecular architecture of the Nup84-Nup145C-Sec13 edge element in the nuclear pore complex lattice», Stephen Brohawn and Thomas Schwartz. Nature Structural & Molecular Biology, 25 октября 2009 г.