3D betekintés az ép magba

A megfigyelt "működés közben" a sejtmag kapui és zárjai működése

Egy nukleáris pórus szállító komplexe MPG
felolvasta

A sejten belül nagyon sok a forgalom, mivel a genetikai anyagot, az életterveket, valamint az anyagcseréhez, a növekedéshez vagy akár a sejtosztódáshoz szükséges összes fontos organellát és fehérjekomplexet elválasztják a sejtmag héja. A tudósok évek óta próbálják megérteni, hogyan épülnek fel a nukleáris burkolat apró pórusai, és milyen feladatokat vesznek át az egyes alkotóelemek. Szoros együttműködésben a Martinsriedben lévő Max Planck Biokémiai Intézet több kutatócsoportja teljesen új eredményekre jutott a nukleáris pórusokról.

A krioelektron tomográfia segítségével, az intézetben kifejlesztett speciális elektronmikroszkópos technikával először képesek voltak bemutatni a Dictyostelium iszapformájának teljesen érintetlen atommagjainak atom pórusainak különböző szerkezetét. Ez az első eset, amikor a sejtmag "kapuja" felépítéséből következtethetünk a különféle funkcióikkal végzett természetes munkájuk során. A transzportfolyamatok megértése a nukleáris pórusokon alapvető orvosi jelentőséggel bír, mivel a sejtekben vagy a sejtmagban a szignálok helyes közvetítésének zavara szerepet játszik a különféle betegségek kialakulásában.

A pórusok szabályozzák a forgalmat

A mag tartalmazza a magasabb organizmusok genetikai információit (DNS), amelyeket azonos módon meg kell duplázni a sejtosztódásokban. A sejtmagban a DNS másolata is a fehérjék előállításához, a növekedés, fejlődés és metabolizmus "készítői". A magot kettős membrán veszi körül, amely elválasztja a sejt többi részétől. Több száz pórus van a nukleáris membránban, olyan kapukon keresztül, amelyeken keresztül molekulák ezrei, például fehérjék vagy RNS mozognak állandóan. Ily módon a fehérjék felépítését a sejtmagból a fehérjegyárakba, a riboszómákba tervezik, miközben viszont a sejttestből származó jelzések a központi sejtprogramokban, mint például a növekedés leállítása, a sejtosztódás vagy a differenciálódás bekapcsolódnak. Körülbelül 125 nanométer átmérője ellenére a nukleáris pórusok rendkívül szelektívek - csak bizonyos fehérjéket engednek be a sejtmagba vagy onnan ki. Maguk a pórusok körülbelül 30 fehérjeépítő blokkot tartalmaznak.

A krioelektron tomográfia láthatóvá teszi a folyamatokat

A Martinsriedben lévő Max Planck Biokémiai Intézet tudósai először képesek voltak képzelni, hogy ezek a pórusok hogyan néznek ki természetes állapotukban egy élő sejtben. A korábbi tanulmányokból már ismert volt, hogy a nukleáris pórus különféle szerkezeti elemekből áll: Körülbelül 30 pórusú fehérje, nukleoporin, alkotja a kerek lebenyt. A sejtmag belsejében a fehérjék kosarat képeznek, a citoplazma csápjához hasonló kiterjesztései pedig az úgynevezett filamentek. Között több gyűrű van, amelyek együttesen központi szállítási csatornát képeznek. Az aktív nukleáris pórusokat funkcionális szempontból korábban fénymikroszkópos és fluoreszcens festékekkel vizsgálták (mely fehérjék vesznek részt a transzportban?) Vagy elektronmikroszkóppal (hogyan néznek ki a rögzített nukleáris pórusok az elektronmikroszkóp alatt?). A Max Planck Biokémiai Intézetben kifejlesztett krioelektron tomográfiával a tudósok most először végeztek tanulmányokat a teljesen működőképes nukleáris pórusokról, hogy a tények szerkezetéből következtetéseket lehessen levonni. hogyan működnek a nukleáris pórusok.

Ebből a célból a Max Planck kutatói izolálták a sejtmagokat a Dictyostelium iszapformából, körülbelül 250 különböző nukleáris póruskomplexet gyűjtöttek egymástól nagyon különböző szögekből és rekonstruálták a nukleáris pórusok háromdimenziós szerkezetét. A nukleáris pórusok különböző gyűrűi, amelyek képezik a központi szállító csatornát, valamint az egyik oldalon a rostos folytonosság és a másik oldalon a kosár szerkezete, egyértelműen megkülönböztethetők a 3D képekben. kijelző

Központi csatorna dinamikus

Tudományos elmélet szerint a központi csatorna (központi dugó vagy transzporter) szerkezetét részben a rakománymolekulák és részben a nukleáris póruskomplex kölcsönhatásba lépő alkotóelemei képezik. A körülbelül 250 egyedi pórus statisztikai elemzésével Beck és munkatársai meg tudták mutatni, hogy ez a tömeg a középső csatornában egyértelműen két előnyös helyzetben van. A pozíciótól függően a nukleáris pórus két fő állapotát azonosítottuk, amelyek szerkezeti különbségei különböznek egymástól, amelyeket a tudósok citoplazmatikus filamentum osztálynak (CF) vagy luminalis küllő gyűrű osztálynak (LR osztály) hívnak.

A CF konfigurációban a szálak többsége a tehermolekulával együtt egy síkban azonosítható, azaz a szállítandó molekula megmarad. Ezzel szemben az LR-konfigurációban az egyes szálak nem voltak azonosíthatók különálló struktúrákként. A sűrűség változatosabb volt, ami azt jelzi, hogy ezek a struktúrák szabadon mozogtak az űrben, azaz nem voltak mereven rögzítve a nukleáris pórusokhoz a képszerkesztés során. Ezek az eredmények ellentmondanak a korábbi tudományos elméleteknek, amelyek a nukleáris pórusok belső csatornáját statikus szerkezetként írják le. A központi csatorna szerkezetének most látható dinamikája azt mutatja, hogy ez nem statikus fehérjekomplex.

Wolfgang Baumeister, a Max Planck Biokémiai Intézet Molekuláris Strukturális Biológiai Tanszékének igazgatója számára az új eredmények fontos mérföldkövet jelentenek az úton, a nukleáris pórusok szerkezete és működése közötti kapcsolatok véglegesek magyarázzuk: "Ha most elvégzünk kísérleteket meghatározott transzportmolekulákkal, akkor az elektron-tomográfia szerkezeti adatai nagyon világos következtetéseket vonnak le a nukleáris membrán nukleáris póruskomplexének működéséről képesek rajzolni és leírni a rakomány felvételét. "Mert a tudósok még nem tudják, hogy a képeken azonosított rakománymolekulák a nukleáris pórusokból befelé vagy kifelé szállítanak-e amikor munka közben figyelték a nukleáris pórusokat.

(MPG, 2004.10.29. - NPO)