Mechanizmy selektywnego wnikania do jądra

Jądro żywej komórki jest kompartmentem chroniącym kod genetyczny niezbędny do produkcji białek, służących praktycznie wszystkim zastosowaniom. W celu ochrony konieczna jest jego izolacja, lecz jednocześnie konieczna jest komunikacja z resztą komórki.

NPC są samoorganizującymi strukturami złożonymi z białek zwanych nukleoporynami. Przechodzą one na wylot przez błonę jądrową i umożliwiają selektywny transport molekuł. Małe molekuły szybko dyfundują poprzez NPC, lecz transport dużych molekuł jest ściśle regulowany.

Wyspecjalizowane nukleoporyny z powtarzającymi się sekwencjami aminokwasów: fenyloalaniny (F) i glicyny (G) odgrywają istotną rolę w selektywnym transporcie przez błonę. Duże molekuły wiążą się z receptorami transportu jądrowego (NTR), które z kolei łączą się z domenami FG, występującymi licznie wzdłuż ścianek kanału NPC. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt NUCLEAR PORE (The nuclear pore permeability barrier – Physical concepts and a biosynthetic approach to understand and exploit the unique selectivity of a natural macromolecular sieve), mający zwiększyć wiedzę na temat struktury supramolekularnej przepuszczalnej bariery porów jądrowych i mechanizmu selektywnego transportu z jej udziałem.

Przy użyciu zaawansowanych technik eksperymentalnych (mikrowagi kwarcowej oraz elipsometrii spektroskopowej) zespół badał wiązanie NTR do domen FG. Badacze użyli ultracieńkich warstw naturalnie występujących i zaprojektowanych, sztucznych domen FG, jako dobrze zdefiniowanych układów modelowych bariery przepuszczalnej, aby ocenić skutki składania domeny FG oraz wiązania NTR.

Wyniki pokazały uniwersalny proces wiązania, którego nie można było dobrze opisać za pomocą konwencjonalnych modeli, oraz dostarczyły możliwych wyjaśnień wpływu na transport jądrowy. Dokonane przez współpracujących naukowców porównanie z modelami obliczeniowymi ujawniło, że zachowanie to jest zdeterminowane przez ogólne właściwości fizyczne domen FG takie jak elastyczność i ułożenie przestrzenne, a szczegółowa, chemiczna i strukturalna różnorodność nie jest czynnikiem decydującym.

Wyniki NUCLEAR PORE pozwoliły lepiej zrozumieć mechanizmy selektywnej regulacji transportu jądrowego, umożliwiając testowanie kilku aspektów ostatnio zaproponowanych modeli. Przyjęcie mechanistycznego rozumowania, że wiązanie się wirusów z domeną FG jest sposobem na przejście przez błonę jądrową, może mieć bezpośrednie zastosowanie w przypadku celowanych terapii niektórych infekcji wirusowych.