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核孔主要组分的三维结构

来源:生命科学专辑 作者: 2009-6-24

摘要: 每个细胞核都含有有机体的全部基因组,而镶嵌在核膜上的核孔复合体(NPCs)则是进出核区通道分子的“门卫”,可以选择性的输入和输出各种物质。美国洛克菲勒大学研究人员首次分析了NPC亚复合体Nup80的完整三维结构,并向拼合NPC的结构迈出重要的一步。本研究是由美国洛克菲勒大学细胞生物学实验室GünterBlobel教授的研究......


每个细胞核都含有有机体的全部基因组,而镶嵌在核膜上的核孔复合体(NPCs)则是进出核区通道分子的“门卫”,可以选择性的输入和输出各种物质。美国洛克菲勒大学研究人员首次分析了NPC  亚复合体Nup80  的完整三维结构,并向拼合NPC  的结构迈出重要的一步。研究结果在线发表在6  月7  日Nature  Structural  &  Molecular  Biology  杂志上。

本研究是由美国洛克菲勒大学细胞生物学实验室Günter  Blobel  教授的研究生Martin  Kampmann  完成的,他补充了NPC  和在细胞内不同部位间物质运输的主要工具——有被小泡的认识。早在1980  年,Blobel  教授就提出了细胞内膜系统的概念,细胞内膜系统包括膜围绕的细胞核和小泡,它是由细胞外膜经过折叠内陷形成的。而来自洛克菲勒大学的Brian  Chait  和Michael  Rout  教授则在2004年PLoS  Biology  上发表的一篇文章中提出,具有相似蛋白质折叠结构的NPC  和有被小泡都是由初生内膜的原始膜包被蛋白逐渐发展形成的。

此前研究人员仍不清楚这些原始的折叠在NPCs  中是如何作用的,当前研究中则发现由α螺旋形成灵活的长臂与更紧密的球形β螺旋相绞连。同样的构造在组成有被小泡的网格蛋白中也有发现。

完整的NPC  分子量很大,由30  种蛋白质组成。研究人员分离纯化了NPC中最重要的组分——Nup80  复合体,后者是由7  个蛋白质分子组成的。利用电子显微镜(EM)对不同状态或不同构造的Nup84  复合体拍摄了上千张照片,结果显示Nup84  复合体在不同大小的分子通过NPC  的运输过程中具有扩张和收缩的功能和形态。通过计算分析,研究人员首次重构了Nup84  复合体的三维结构模型。基于前期Blobel  实验室利用X-射线晶体学对Nup84  复合体中每种蛋白质原子组成结构的精确分析,Kampmann  将这些蛋白质对应到EM  结构的相应位置。

NPC  的体积很大且结构松散,因此不能利用X-射线晶体学研究完整的分子结构。电子显微镜(EM)对其三维结构的研究有助于解决这一问题。Kampmann将电子显微镜方法应用于对其他亚单位的研究,以期揭开分子生物学中最神秘机制的面纱。

由于NPC  在细胞最基本的生理过程中具有重要作用,所以NPC  的组装、结构和功能的任何缺陷都可能引起致命的后果。例如,NPC  的组成蛋白与病毒感染、原发性胆汁肝硬化癌症肿瘤的发生有关。对NPC  功能和机理的了解将有助于找到治疗这些疾病的方法,同时,揭示它的进化策略将有助于在细胞中发现基因保护性结构。



熊  燕  编译自http://www.sciencedaily.com/releases/2009/06/090607153258.htm

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