Отзыв Эмили Хендерсон, бакалавр наук 6 июля 2020 года

В клетках человека ядро ​​заключено в структуру, называемую комплексом ядерных пор (NPC). Он действует как «привратник», контролирующий транспорт молекул между ядром и окружающей цитоплазмой (белоксодержащий раствор внутри клетки). NPC состоит из белков, известных как нуклеопорины; некоторые из них, так называемые FG-NUP, относятся к классу внутренне неупорядоченных белков (IDP) и способны образовывать разделение фаз жидкость-жидкость (LLPS), не имея четко определенной третичной структуры (то есть конкретной 3D форма).

Хотя о FG-NUP известно очень много, глубокое понимание того, как их структура изменяется во времени и пространстве, отсутствует. Но теперь, применяя высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM), Ричард Вонг из Университета Канадзава и его коллеги обеспечивают столь необходимую информацию о пространственно-временной структуре FG-NUP.

Техника, используемая исследователями, HS-AFM, обычно используется для визуализации поверхностей. Крошечный кантилевер сделан для перемещения по поверхности; в любой момент времени сила, испытываемая кантилеверным зондом, может быть преобразована в меру высоты. Сканирование всей поверхности затем приводит к карте высоты образца. При многократном быстром сканировании поверхности получается видео об эволюции ее структуры. Применяя HS-AFM к FG-NUP, Вонг и его коллеги смогли измерить некоторые из свойств молекул, включая скорость растяжения нитей FG-NUP (нитевидных выступающих структур), их углы изгиба и то, как они образуют узлы.

Ученые изучали FG-NUP в нормальных клетках толстой кишки, а также в клетках колоректального рака и органоидах. Они обнаружили, что первая демонстрировала менее конформационную динамику. Особенно интересный вывод заключается в том, что в клетках рака толстой кишки структура так называемой центральной пробки меньше и не может развить нитевидные образования так же легко, как в нормальных клетках, что является клинически значимым фактом.

Результаты Вонга и его коллег относительно центрального штекера очень важны и своевременны, так как его морфология и функции были предметом споров. В настоящее время исследователи предоставляют убедительные доказательства того, что центральная пробка, по крайней мере, частично состоит из FG-NUP.

Помимо демонстрации того, что HS-AFM является инструментом, способным визуализировать движение нити FG-NUP, в режиме реального времени, еще одним следствием работы ученых является «то, что биореактивные наноматериалы [like NPC nanopores] … обладают биосовместимыми преимуществами. .. непосредственно получены из клеток и органоидов, а не из других инженерных наноматериалов [like e.g. carbon nanotubes, which may induce tumors and related pathologies]открывая новый путь для нанотехнологии инженерии. "

[Background]

Комплекс ядерных пор

Ядро клетки имеет ключевое значение для любого организма. Он хранит и организует генетическую информацию (ДНК) таким образом, чтобы отделить ее от других клеточных компонентов в окружающей цитоплазме. Комплекс ядерных пор (NPC), очень большой белковый комплекс, одетый вокруг ядра, является «привратником» в обмене молекулами между ядром и цитоплазмой; он пропускает материал, который должен достичь ядра, и блокирует материал, который не должен. Это сообщение может происходить из-за пор в NPC, структурах, построенных из белков, известных как FG-NUP. FG-NUP не имеют четко определенных форм; вместо этого они изменяются во времени и пространстве. Применяя методику, называемую высокоскоростной атомно-силовой микроскопией, Ричард Вонг из Университета Канадзава и его коллеги предоставили новую, ценную информацию о пространственно-временной структуре FG-NUPs как нормальных, так и раковых клеток.

Атомно-силовая микроскопия

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) – это метод визуализации, при котором изображение формируется путем сканирования поверхности очень маленьким кончиком. Горизонтальное сканирующее движение наконечника контролируется с помощью пьезоэлектрических элементов, а вертикальное движение преобразуется в профиль высоты, что приводит к распределению высоты поверхности образца. Поскольку метод не предусматривает использование линз, его разрешение не ограничено так называемым дифракционным пределом. В высокоскоростной установке (HS-AFM) этот метод можно использовать для создания фильмов со структурной эволюцией образца в реальном времени. Вонг и его коллеги успешно использовали HS-AFM для изучения динамики FG-NUP, белков, играющих ключевую роль в транспортно-регулирующей функции комплекса ядерных пор, расположенного между ядром клетки и окружающей цитоплазмой.