Ла-Хойя, Калифорния - Исследователи давно задавались вопросом, как ядерные поры - важнейшие каналы, контролирующие поток информации в ядро клетки и из него - удваиваются в количестве, чтобы подготовиться к расщеплению, которое произойдет, когда клетка делит. Теперь ученые из Института биологических исследований Солка впервые наблюдали, как новые воронкообразные поровые структуры формируются с нуля и внедряются в ядерную мембрану.
Это открытие дополняет картину того, как клетка делится таким образом, что геном (генетическая схема), заключенный внутри ядра, может продолжать общаться с остальной частью клетки.«Этот вопрос так же важен для понимания клеточного цикла, как и вопрос о том, как реплицируется ДНК», - говорит Мартин Хетцер, доктор философии, доцент Лаборатории молекулярной и клеточной биологии и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале. Наука.
Ядерные поры - это гигантские структуры, которые контролируют транспортировку молекул, таких как РНК и белки, внутрь и из внутреннего святилища клетки, ядра, которое защищает геномный мозг клетки. Все химические реакции, происходящие в клетке, исходят от генов внутри ядра. «Возможно, неудивительно, что любое нарушение потока информации через ядерную мембрану может изменить функционирование клетки», - говорит Хетцер.
«Ядерные поры действительно удивительны», - говорит исследователь с докторской степенью и соавтор Максимилиано Д'Анджело, доктор философии. «Они являются крупнейшими белковыми структурами внутри клетки и контролируют весь трафик в ядре клетки и из него, от крошечных молекул, таких как гистоны, которые связывают ДНК, до огромных структур, таких как рибосомы», - пояснил он.
Для формирования транспортных каналов, пронизывающих ядерную мембрану, 30 различных белков, называемых нуклеопоринами, собираются вместе и внедряются в ядерную оболочку, где образуют восьмикратно симметричные комплексы ядерных пор. Каждый белок присутствует в восьми или кратных восьми экземплярах, образуя структуру, содержащую несколько сотен белков и в 30 раз превышающую размер рибосомы, фабрики клеточных белков. «Но как нуклеопорины попадают в ядерную мембрану и служат ли существующие поры шаблонами, было неизвестно», - говорит Д'Анджело.
Чтобы изучить этот процесс, исследователи из Солка создали бесклеточную систему на основе яиц лягушки (ооцитов), которая смогла воспроизвести вставку комплекса ядерных пор в ядерную мембрану. Используя передовые инструменты визуализации в реальном времени, ученые наблюдали, как ядерная мембрана - поры и все остальное - формировались в течение часа.
«Мы смогли визуализировать отдельные комплексы ядерных пор», - говорит аспирант и соавтор Дэниел Андерсон.«Это позволило нам не только наблюдать за образованием отдельных пор, но и продемонстрировать, что они образовались с нуля без помощи уже существующих пор».
В другом эксперименте группа использовала четырехмерную конфокальную микроскопию, чтобы проследить образование в культивируемых клетках человека одной поры, которая была помечена флуоресцентной меткой. Если бы ядерная пора разделилась и образовала две дочерние поры, из одной вышли бы две яркие точки; однако исследователи отследили движение только одной точки, подтвердив свой предыдущий вывод о том, что поры образовались с нуля.
Дополнительные исследования показали, что сборки ядерных пор добавляются в ходе поэтапного скоординированного процесса, требующего наличия компонентов с обеих сторон ядерной мембраны. «Это имеет важные последствия для следующей большой проблемы - вопроса о том, как все эти структуры сливаются воедино», - говорит Хетцер.
Институт биологических исследований Солка в Ла-Хойе, Калифорния, является независимой некоммерческой организацией, занимающейся фундаментальными открытиями в области наук о жизни, улучшением здоровья человека и подготовкой будущих поколений исследователей. Джонас Солк, доктор медицинских наук, чья вакцина против полиомиелита в 1955 г. практически уничтожила калечащую болезнь полиомиелит, открыл Институт в 1965 г. благодаря подаренной городом Сан-Диего земле и финансовой поддержке March of Dimes.