Расширенные возможности визуализации раскрывают секреты управления сотовым трафиком
11:00, Март 22, 2025
Так же, как города должны тщательно управлять потоком автомобилей, въезжающих и выезжающих из центра города, клетки регулируют движение молекул в ядро и из него. Этот микроскопический мегаполис полагается на сложный шлюз, облегчаемый ядерными поровыми комплексами (NPC) внутри ядерной оболочки, чтобы контролировать свой молекулярный трафик. Новое исследование, проведенное в Центре медицинских наук Техасского университета A&M (Texas A&M Health), проливает свет на то, как эта система работает с исключительной избирательностью и контролем. Эти открытия могут привести к новому пониманию таких состояний, как нейродегенеративные заболевания и рак. Доктор философии Зигфрид Массер и его команда на кафедре клеточной биологии и генетики Техасского медицинского колледжа A&M изучают, как молекулы быстро и эффективно перемещаются через поры двойной мембраны, окружающей ядро, не сталкиваясь и не закупоривая его. В этом месяце команда Массера опубликовала исследование в Nature, раскрывающее новые идеи о молекулярном транспорте. Используя передовую технологию визуализации под названием MINFLUX, они отслеживали молекулярные движения за миллисекунды и в 3D в беспрецедентном масштабе: примерно в 100 000 раз меньше ширины человеческого волоса. Их выводы показывают, что импорт, процесс входа молекул в ядро, и экспорт, процесс выхода молекул, происходят в перекрывающихся магистралях внутри комплекса ядерной поры. Это ставит под сомнение предыдущую гипотезу о том, что эти процессы могут происходить в отдельных полосах. Удивительная система дорожного движения «Когда мы начинали, мы рассматривали две возможности», — объяснил Массер. «Одна из них заключается в том, что импорт и экспорт используют разные пути, что исключает риск пробок; и вторая — что транспортировка происходит по одному и тому же каналу, но столкновений удается избежать, поскольку молекулы маневрируют друг вокруг друга». Их последние открытия указали на второй сценарий. Молекулы движутся по узким каналам в обоих направлениях, огибая друг друга, а не следуя по разделенной магистрали. Более того, они используют только небольшое поперечное сечение диаметра пор, мигрируя вблизи стенок канала и отсутствуя в центре. Еще более удивительно то, что движение внутри NPC примерно в 1000 раз медленнее, чем в открытом растворе (например, движение через кленовый сироп), из-за сети неупорядоченных белков, которые блокируют поры. «Это наихудший сценарий — двустороннее движение в более узких каналах», — сказал Массер. «То, что мы обнаружили, было неожиданным сочетанием этих возможностей, поэтому мы на самом деле не знаем полного ответа, и это сложнее, чем мы изначально думали». Как избежать тупика Несмотря на медленное движение, транспорт NPC, по-видимому, не страдает от скопления людей и успешно избегает заторов. «NPC могут быть спроектированы так, чтобы выражаться в числах, так что им не нужно будет работать на полную мощность», — сказал Массер. «Это само по себе может ограничить пагубные последствия конкуренции и засорения». Вместо того чтобы проходить непосредственно через середину NPC, молекулы, по-видимому, движутся по одному из восьми отдельных транспортных каналов, каждый из которых ограничен одной спицей в периферическом кольце, что предполагает наличие структурного механизма, который помогает регулировать движение. «Давно известно, что ядерные поры дрожжей имеют «центральную пробку», но природа этого материала остается неизвестной», — сказал Массер. «У людей такая «центральная пробка» не наблюдалась, но функциональная компартментализация — вполне реальная возможность, и центр поры может быть основным путем экспорта мРНК». Последствия для болезней и будущих исследований NPC играет важную роль в клеточной функции, и его дисфункция связана с многочисленными заболеваниями, включая прогрессирующие заболевания мозга, такие как боковой амиотрофический склероз (БАС, также известный как болезнь Лу Герига), болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона. Кроме того, известно, что повышенные показатели трафика NPC важны для роста раковых клеток. Хотя воздействие на определенные области NPC может представлять собой потенциальную терапевтическую стратегию для прочистки «заблокированных» пор или снижения скорости трафика, Массер предупреждает, что транспорт NPC является фундаментальной клеточной функцией, и вмешательство в различные аспекты ее функционирования может вызвать существенные побочные эффекты. «Важно различать эффекты, которые происходят в поре [транспорт], от эффектов, которые происходят вне поры [сборка и разборка транспортного комплекса]», — сказал он. «Я подозреваю, что большинство связей ядерного транспорта с болезнью попадают в последнюю категорию, но это не означает, что все так делают, а некоторые, безусловно, нет». Например, мутации в гене c9orf72, который связан с БАС и лобно-височной деменцией, могут приводить к агрегатам, которые блокируют НПК. Заглядывая вперед, Массер и его основной коллега Абхишек Сау, доктор философии, младший научный сотрудник и менеджер объекта Объединенной лаборатории микроскопии Техасского университета A&M (JML), продолжат работать со своей командой в Германии (Центр визуализации EMBL и Abberior Instruments), чтобы определить, используют ли различные молекулы-грузы, такие как крупные рибосомные субъединицы и мРНК, различные пути транспорта или имеют общий маршрут. Также на горизонте видна возможность адаптации MINFLUX для визуализации живых клеток в реальном времени , что могло бы обеспечить еще более четкую картину динамики ядерного транспорта. Это исследование предлагает новый взгляд на то, как клетки эффективно управляют молекулярным трафиком, предоставляя важные сведения о клеточной функции и заболеваниях. Ядро может быть микроскопическим мегаполисом, но благодаря NPC его система управления трафиком остается на удивление эффективной....
