每個細胞核都含有有機體的全部基因組,，而鑲嵌在核膜上的核孔復合體（NPCs）則是進出核區(qū)通道分子的“門衛(wèi)”，可以選擇性的輸入和輸出各種物質(zhì),。美國洛克菲勒大學研究人員首次分析了NPC亞復合體Nup80的完整三維結構,，并向拼合NPC 的結構邁出重要的一步。研究結果在線發(fā)表在6 月7 日Nature Structural & Molecular Biology雜志上,。
本研究是由美國洛克菲勒大學細胞生物學實驗室Günter Blobel教授的研究生Martin Kampmann完成的,，他補充了NPC和在細胞內(nèi)不同部位間物質(zhì)運輸?shù)闹饕ぞ?mdash;—有被小泡的認識。早在1980 年,，Blobel教授就提出了細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的概念,，細胞內(nèi)膜系統(tǒng)包括膜圍繞的細胞核和小泡，它是由細胞外膜經(jīng)過折疊內(nèi)陷形成的,。而來自洛克菲勒大學的Brian Chait和Michael Rout教授則在2004年PLoS Biology上發(fā)表的一篇文章中提出,，具有相似蛋白質(zhì)折疊結構的NPC和有被小泡都是由初生內(nèi)膜的原始膜包被蛋白逐漸發(fā)展形成的,。
此前研究人員仍不清楚這些原始的折疊在NPCs中是如何作用的，當前研究中則發(fā)現(xiàn)由α螺旋形成靈活的長臂與更緊密的球形β螺旋相絞連,。同樣的構造在組成有被小泡的網(wǎng)格蛋白中也有發(fā)現(xiàn),。
完整的NPC分子量很大，由30 種蛋白質(zhì)組成,。研究人員分離純化了NPC中最重要的組分——Nup80復合體,，后者是由7 個蛋白質(zhì)分子組成的。利用電子顯微鏡（EM）對不同狀態(tài)或不同構造的Nup84復合體拍攝了上千張照片,，結果顯示Nup84復合體在不同大小的分子通過NPC的運輸過程中具有擴張和收縮的功能和形態(tài),。通過計算分析，研究人員首次重構了Nup84復合體的三維結構模型,?；谇捌贐lobel 實驗室利用X-射線晶體學對Nup84復合體中每種蛋白質(zhì)原子組成結構的精確分析，Kampmann將這些蛋白質(zhì)對應到EM結構的相應位置,。
NPC的體積很大且結構松散,，因此不能利用X-射線晶體學研究完整的分子結構。電子顯微鏡（EM）對其三維結構的研究有助于解決這一問題,。Kampmann將電子顯微鏡方法應用于對其他亞單位的研究,，以期揭開分子生物學中最神秘機制的面紗。
由于NPC在細胞最基本的生理過程中具有重要作用,，所以NPC的組裝,、結構和功能的任何缺陷都可能引起致命的后果,。例如,，NPC的組成蛋白與病毒感染、原發(fā)性膽汁肝硬化及癌癥腫瘤的發(fā)生有關,。對NPC功能和機理的了解將有助于找到治療這些疾病的方法,，同時，揭示它的進化策略將有助于在細胞中發(fā)現(xiàn)基因保護性結構,。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Nature Structural & Molecular Biology , (2009) 7 June 2009 doi:10.1038/nsmb.1618
Three-dimensional structure and flexibility of a membrane-coating module of the nuclear pore complex
Martin Kampmann1 & Günter Blobel1
Abstract
The nuclear pore complex mediates nucleocytoplasmic transport in all eukaryotes and is among the largest cellular assemblies of proteins, collectively known as nucleoporins. Nucleoporins are organized into distinct subcomplexes. We optimized the isolation of a putative membrane-coating subcomplex of the nuclear pore complex, the heptameric Nup84 complex, and analyzed its structure by EM. Our data confirmed the previously reported 'Y' shape. We discerned additional structural details, including specific hinge regions at which the particle shows great flexibility. We determined the three-dimensional structures of two conformers, mapped the localization of two nucleoporins within the subcomplex and docked known crystal structures into the EM maps. The free ends of the Y-shaped particle are formed by -propellers; the connecting segments consist of -solenoids. Notably, the same organizational principle is found in the clathrin triskelion, which may share a common evolutionary origin with the heptameric complex.
1 Laboratory of Cell Biology, Howard Hughes Medical Institute, The Rockefeller University, New York, New York, USA.
