每個(gè)細(xì)胞核都含有有機(jī)體的全部基因組,，而鑲嵌在核膜上的核孔復(fù)合體（NPCs）則是進(jìn)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(guó)洛克菲勒大學(xué)研究人員首次分析了NPC亞復(fù)合體Nup80的完整三維結(jié)構(gòu),，并向拼合NPC 的結(jié)構(gòu)邁出重要的一步,。研究結(jié)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(guó)洛克菲勒大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室Günter Blobel教授的研究生Martin Kampmann完成的,，他補(bǔ)充了NPC和在細(xì)胞內(nèi)不同部位間物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?mdash;—有被小泡的認(rèn)識(shí),。早在1980 年，Blobel教授就提出了細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的概念,，細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)包括膜圍繞的細(xì)胞核和小泡,，它是由細(xì)胞外膜經(jīng)過(guò)折疊內(nèi)陷形成的。而來(lái)自洛克菲勒大學(xué)的Brian Chait和Michael Rout教授則在2004年P(guān)LoS Biology上發(fā)表的一篇文章中提出,，具有相似蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)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(dāng)前研究中則發(fā)現(xiàn)由α螺旋形成靈活的長(zhǎng)臂與更緊密的球形β螺旋相絞連,。同樣的構(gòu)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(fù)合體,，后者是由7 個(gè)蛋白質(zhì)分子組成的,。利用電子顯微鏡（EM）對(duì)不同狀態(tài)或不同構(gòu)造的Nup84復(fù)合體拍攝了上千張照片，結(jié)果顯示Nup84復(fù)合體在不同大小的分子通過(guò)NPC的運(yùn)輸過(guò)程中具有擴(kuò)張和收縮的功能和形態(tài),。通過(guò)計(jì)算分析，研究人員首次重構(gòu)了Nup84復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)模型,?；谇捌贐lobel 實(shí)驗(yàn)室利用X-射線晶體學(xué)對(duì)Nup84復(fù)合體中每種蛋白質(zhì)原子組成結(jié)構(gòu)的精確分析,，Kampmann將這些蛋白質(zhì)對(duì)應(yīng)到EM結(jié)構(gòu)的相應(yīng)位置。
NPC的體積很大且結(jié)構(gòu)松散,，因此不能利用X-射線晶體學(xué)研究完整的分子結(jié)構(gòu),。電子顯微鏡（EM）對(duì)其三維結(jié)構(gòu)的研究有助于解決這一問(wèn)題。Kampmann將電子顯微鏡方法應(yīng)用于對(duì)其他亞單位的研究,，以期揭開(kāi)分子生物學(xué)中最神秘機(jī)制的面紗,。
由于NPC在細(xì)胞最基本的生理過(guò)程中具有重要作用，所以NPC的組裝,、結(jié)構(gòu)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(guān),。對(duì)NPC功能和機(jī)理的了解將有助于找到治療這些疾病的方法,，同時(shí),，揭示它的進(jìn)化策略將有助于在細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)基因保護(hù)性結(jié)構(gòu)。（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.
