真核生物的細(xì)胞核由雙層的核膜包裹，核孔復(fù)合物（nuclear pore complex， NPC）是核膜上負(fù)責(zé)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)?*通道，在調(diào)控基因表達(dá)方面起著重要作用，其功能異常將導(dǎo)致包括癌癥在內(nèi)的多種**的發(fā)生。
NPC是真核細(xì)胞中*龐大，*復(fù)雜的分子機(jī)器之一，其高分辨率結(jié)構(gòu)的解析一直被視為結(jié)構(gòu)生物學(xué)界的“圣杯”之一。近日，西湖大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在Cell Research上在線發(fā)表了題為“Cryo-EM structure of the nuclear ring from Xenopus laevis nuclear pore complex”的*新研究成果，報(bào)道了目前分辨率*高的、NPC中核質(zhì)環(huán)（nuclear ring， NR）亞基的單顆粒冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該研究闡釋了NR的基本構(gòu)成，并結(jié)合該課題組之前對(duì)NPC中胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring， CR）和內(nèi)環(huán)（inner ring， IR）的結(jié)構(gòu)研究，搭建了目前為止***的NPC支架結(jié)構(gòu)模型。這對(duì)理解細(xì)胞生命活動(dòng)的基本過程，以及相關(guān)**的致病機(jī)理都具有重要意義，也是開發(fā)相應(yīng)**方法和**的基礎(chǔ)。
NPC鑲嵌于雙層核膜（nuclear envelope， NE）上，在從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的方向上，主要由胞質(zhì)絲（cytoplasmicfilaments）、胞質(zhì)環(huán)（cytoplasmic ring， CR），內(nèi)環(huán)（inner ring， IR）、核質(zhì)環(huán)（nuclear ring， NR）和核籃（nuclear basket）組成。其中，CR、IR和NR構(gòu)成NPC*穩(wěn)定的支架部分，其直徑可達(dá)約110 nm，高約70 nm。而附著于CR上的胞質(zhì)絲、附著于NR上的核籃以及主要由IR中的FG重復(fù)（FG repeats）構(gòu)成的擴(kuò)散屏障（diffusion barrier）則是NPC選擇性運(yùn)輸?shù)闹饕獔?zhí)行者。此外，在垂直于NE的方向上，NPC還具有C8對(duì)稱性。一個(gè)NPC含有約30種不同的核孔蛋白（nucleoporin），每種核孔蛋白的拷貝數(shù)一般為八的倍數(shù)，因此一個(gè)NPC含有的核孔蛋白數(shù)目非常大（500-1000個(gè)）。這也導(dǎo)致NPC具有非常大的分子量，在釀酒酵母中約為60 MDa，而在人中則可達(dá)約110 MDa。
該研究以非洲爪蟾（Xenopus laevis）NPC為研究對(duì)象，單顆粒冷凍電鏡分析為主要研究手段，共收集46143張電鏡照片，從中人工篩選出33747張可用照片，然后從可用照片中人工挑出800825個(gè)NPC顆粒用于數(shù)據(jù)處理。經(jīng)過多輪復(fù)雜運(yùn)算，*終利用813020個(gè)顆粒，重構(gòu)出NR亞基結(jié)構(gòu)，并以此搭建了模型。這是世界上截至目前NR亞基報(bào)道的*高分辨率。
該模型中NR亞基的主體主要由兩個(gè)Y復(fù)合物組成，每個(gè)Y復(fù)合物包含十個(gè)不同的核孔蛋白，其中，在NPC重組裝過程中負(fù)責(zé)與染色體結(jié)合的ELYS和Y復(fù)合物長(zhǎng)臂中的Nup160和Nup37密切接觸。此外，NR亞基中還包含有起到關(guān)鍵連接作用的Nup205和Nup93，與CR和IR不同的是，這兩個(gè)分子在NR中的拷貝數(shù)均為一。Nup93和Nup205在同一個(gè)NR亞基中連接內(nèi)、外Y復(fù)合物，Nup93還進(jìn)一步利用其N端的長(zhǎng)螺旋與相鄰亞基中Nup205的C端結(jié)合，二者對(duì)維持NR的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著重要作用。
*后，結(jié)合施一公團(tuán)隊(duì)之前解析的CR和IR高分辨結(jié)構(gòu)，該研究還搭建NPC支架結(jié)構(gòu)模型。該模型包含了來自632個(gè)核孔蛋白中的約445000個(gè)氨基酸殘基，是目前為止*詳細(xì)，且***的NPC支架結(jié)構(gòu)模型，為領(lǐng)域內(nèi)理解脊椎動(dòng)物NPC的組成、結(jié)構(gòu)、組裝以及功能提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（生物谷Bioon.com）
