Подобно тому, как градостроители тщательно регулируют движение транспорта в центрах городов, клетки скрупулезно управляют молекулярным движением через свои ядерные границы. Выступая в роли микроскопических привратников, комплексы ядерных пор (NPC), встроенные в ядерную мембрану, поддерживают точный контроль над этим молекулярным обменом. Новаторская работа, проводимая в Техасском университете A&M Health, раскрывает сложную избирательность этой системы, потенциально открывая новые перспективы в изучении нейродегенеративных заболеваний и развития рака.
Революционное отслеживание молекулярных путей
Исследовательская группа доктора Зигфрида Муссера из Медицинского колледжа Техасского университета A&M стала пионером в изучении быстрого, беспрепятственного перемещения молекул через двухмембранный барьер ядра. В их знаковой публикации в журнале Nature подробно описываются революционные открытия, ставшие возможными благодаря технологии MINFLUX — передовому методу визуализации, способному фиксировать трехмерные молекулярные движения, происходящие за миллисекунды в масштабах примерно в 100 000 раз мельче ширины человеческого волоса. Вопреки прежним предположениям о раздельных путях, их исследование демонстрирует, что процессы ядерного импорта и экспорта имеют перекрывающиеся пути внутри структуры ядерного порового комплекса.
Неожиданные открытия ставят под сомнение существующие модели.
Наблюдения команды выявили неожиданные закономерности движения: молекулы перемещаются в обоих направлениях через суженные каналы, обходя друг друга, а не следуя по выделенным полосам. Примечательно, что эти частицы концентрируются у стенок каналов, оставляя центральную область свободной, в то время как их движение резко замедляется — примерно в 1000 раз медленнее, чем при беспрепятственном движении, — из-за препятствующих белковых сетей, создающих вязкую среду.
Муссер описывает это как «самый сложный из возможных сценариев движения транспорта — двустороннее движение через узкие проходы». Он признает: «Наши результаты показывают неожиданное сочетание возможностей, выявляющее большую сложность, чем предполагали наши первоначальные гипотезы».
Эффективность, несмотря на препятствия
Примечательно, что транспортные системы наночастиц демонстрируют замечательную эффективность, несмотря на эти ограничения. Муссер предполагает: «Естественное обилие наночастиц может предотвратить работу с избыточной мощностью, эффективно минимизируя конкурентные помехи и риски блокировки». Эта присущая конструкции особенность, по-видимому, предотвращает молекулярную блокировку.'Переписанная версия с измененным синтаксисом, структурой и разрывами абзацев, сохранившая при этом первоначальный смысл:
Молекулярное движение совершает обходной путь: NPC раскрывают скрытые пути.
Вместо того чтобы проходить прямо сквозь NPC'По центральной оси молекулы, по-видимому, перемещаются через один из восьми специализированных транспортных каналов, каждый из которых ограничен спицообразной структурой вдоль поры.'внешнее кольцо. Такое пространственное расположение предполагает наличие лежащего в основе архитектурного механизма, который помогает регулировать молекулярный поток.
Муссер поясняет:«Известно, что ядерные поры дрожжей содержат'центральная вилка'Его точный состав остается загадкой. В клетках человека эта особенность не обнаружена.'Наблюдалось, но функциональная компартментализация вполне вероятна.—и пора'Этот центр может служить основным маршрутом экспорта мРНК.”
Взаимосвязь заболеваний и терапевтические проблемы
Дисфункция в НПК—критически важный сотовый шлюз—связывают с серьезными неврологическими расстройствами, включая боковой амиотрофический склероз (БАС) (Лу Гериг).'болезнь), болезнь Альцгеймера'и Хантингтон'болезнь. Кроме того, повышенная активность транспорта NPC связана с прогрессированием рака. Хотя воздействие на определенные участки пор теоретически может помочь устранить закупорки или замедлить чрезмерный транспорт, Муссер предупреждает, что вмешательство в функцию NPC сопряжено с рисками, учитывая его фундаментальную роль в выживании клеток.
«Необходимо различать дефекты, связанные с транспортировкой, и проблемы, связанные с НПК.'сборка или разборка,”он отмечает.«Хотя многие связи между заболеваниями, вероятно, попадают во вторую категорию, существуют и исключения.—например, мутации гена c9orf72 при БАС, которые создают агрегаты, физически закупоривающие пору.”
Перспективы развития: картирование грузовых маршрутов и визуализация живых клеток.
Муссер и его соавтор, доктор Абхишек Сау из Техасского университета A&M.'Объединенная лаборатория микроскопии планирует исследовать, влияют ли различные типы грузов.—такие как рибосомальные субъединицы и мРНК—Они следуют уникальным путям или сходятся на общих маршрутах. Их текущая работа с немецкими партнерами (EMBL и Abberior Instruments) также может адаптировать MINFLUX для визуализации в реальном времени в живых клетках, предлагая беспрецедентные возможности для изучения динамики ядерного транспорта.
Данное исследование, поддержанное финансированием NIH, переосмысливает наше понимание клеточной логистики, демонстрируя, как ядерные поровые комплексы поддерживают порядок в оживленном микроскопическом мегаполисе ядра.
Дата публикации: 25 марта 2025 г.
