Заманауи бейнелеу ядролық тесіктердің молекулалық қозғалысын басқарудың құпияларын ашады

Қала жоспарлаушылары қала орталықтарындағы көлік ағынын мұқият басқаратын сияқты, жасушалар ядролық шекараларындағы молекулалық қозғалысты мұқият басқарады. Микроскопиялық қақпашылар ретінде әрекет ете отырып, ядролық мембранаға енген ядролық кеуекті кешендер (NPC) бұл молекулалық сауданы дәл бақылауда ұстайды. Texas A&M Health компаниясының жаңашыл жұмысы бұл жүйенің күрделі селективтілігін ашып, нейродегенеративті бұзылулар мен қатерлі ісіктің дамуына жаңа көзқарастар ұсынуда.

Молекулалық жолдарды революциялық бақылау

Техас A&M медицина колледжіндегі доктор Зигфрид Муссердің зерттеу тобы ядроның қос мембраналық тосқауылы арқылы молекулалардың жылдам, соқтығыссыз өтуін зерттеуге алғашқы болып кірісті. Олардың Nature журналындағы маңызды басылымында MINFLUX технологиясының арқасында мүмкін болған революциялық жаңалықтар егжей-тегжейлі сипатталған – бұл адам шашының енінен шамамен 100 000 есе жұқа масштабта миллисекундта болатын 3D молекулалық қозғалыстарды түсіруге қабілетті озық бейнелеу әдісі. Бөлінген жолдар туралы бұрынғы болжамдарға қайшы, олардың зерттеулері ядролық импорт пен экспорт процестерінің NPC құрылымында бір-бірімен қабаттасатын жолдарды бөлісетінін көрсетеді.

Таңқаларлық жаңалықтар бар модельдерге қиындық тудырады

Топтың бақылаулары күтпеген қозғалыс үлгілерін анықтады: молекулалар тарылған арналар арқылы екі бағытта қозғалады, арнайы жолақтармен жүрудің орнына бір-бірінің айналасында маневр жасайды. Таңқаларлықтай, бұл бөлшектер арна қабырғаларының жанында шоғырланып, орталық аймақты бос қалдырады, ал олардың қозғалысы сироп тәрізді ортаны құрайтын обструктивті ақуыз желілерінің әсерінен күрт баяулайды - кедергісіз қозғалысқа қарағанда шамамен 1000 есе баяу.

Муссер мұны «елестету мүмкін болатын ең қиын көлік қозғалысы сценарийі – тар жолдар арқылы екі жақты ағын» деп сипаттайды. Ол: «Біздің зерттеу нәтижелеріміз күтпеген мүмкіндіктердің үйлесімін ұсынады, бұл біздің бастапқы гипотезаларға қарағанда күрделірек екенін көрсетеді», - деп мойындайды.

Кедергілерге қарамастан тиімділік

Қызығы, NPC тасымалдау жүйелері осы шектеулерге қарамастан керемет тиімділік көрсетеді. Муссер: «NPC-лердің табиғи көптігі артық қуаттылықтың жұмысына кедергі келтіруі мүмкін, бұл бәсекелестік кедергілер мен бұғаттау тәуекелдерін тиімді түрде азайтады», - деп болжайды. Бұл табиғи дизайн ерекшелігі молекулалық тығырықтың алдын алатын сияқты, мұнда'бастапқы мағынасын сақтай отырып, әртүрлі синтаксис, құрылым және абзац үзілістерімен қайта жазылған нұсқасы:

Молекулалық трафик айналып өтеді: NPC жасырын жолдарды ашады

NPC арқылы тікелей саяхаттаудың орнына's орталық осі бойынша молекулалар әрқайсысы тесік бойындағы спица тәрізді құрылыммен шектелген сегіз мамандандырылған тасымалдау арнасының бірі арқылы жүретін сияқты.'сыртқы сақинасы. Бұл кеңістіктік орналасу молекулалық ағынды реттеуге көмектесетін негізгі архитектуралық механизмді көрсетеді.

Муссер түсіндіреді,«Ашытқы ядросының тесіктерінде ... бар екені белгілі болғанымен'орталық аша,'оның нақты құрамы әлі күнге дейін жұмбақ. Адам жасушаларында бұл мүмкіндік бар'байқалмады, бірақ функционалдық бөлімге бөлу ықтимал—және тесік's орталығы мРНҚ экспортының негізгі бағыты ретінде қызмет етуі мүмкін.«

Аурулармен байланыс және терапиялық қиындықтар

NPC-дегі дисфункция—маңызды ұялы шлюз—ALS (Лу Гериг) сияқты ауыр неврологиялық бұзылулармен байланысты болды'(Альцгеймер ауруы),'және Хантингтон's ауруы. Сонымен қатар, NPC саудасының жоғарылауы қатерлі ісіктің өршуімен байланысты. Белгілі бір кеуек аймақтарын нысанаға алу теориялық тұрғыдан бітелулерді ашуға немесе шамадан тыс тасымалдауды баяулатуға көмектессе де, Муссер NPC функциясын бұзу жасушалардың тіршілік етуіндегі негізгі рөлін ескере отырып, қауіп төндіретінін ескертеді.

«Біз көлікке қатысты ақаулар мен NPC-мен байланысты мәселелерді ажырата білуіміз керек.'құрастыру немесе бөлшектеу,«деп атап өтеді ол.«Көптеген аурулармен байланыстар соңғы санатқа жатуы мүмкін болса да, ерекшеліктер бар—ALS-тегі c9orf72 генінің мутациялары сияқты, олар кеуекті физикалық түрде бітейтін агрегаттарды жасайды.«

Болашақ бағыттар: жүк тасымалдау бағыттарын картаға түсіру және тірі жасушаларды бейнелеу

Муссер және оның әріптесі доктор Абхишек Сау, Техас A&M компаниясынан'Бірлескен микроскопия зертханасы әртүрлі жүк түрлерінің бар-жоғын зерттеуді жоспарлап отыр.—мысалы, рибосомалық суббірліктер және мРНҚ—бірегей жолдармен жүру немесе ортақ бағыттар бойынша түйісу. Олардың неміс серіктестерімен (EMBL және Abberior Instruments) үздіксіз жұмысы MINFLUX-ты тірі жасушаларда нақты уақыт режимінде бейнелеу үшін бейімдеуі мүмкін, бұл ядролық тасымалдау динамикасының бұрын-соңды болмаған көріністерін ұсынады.

NIH қаржыландыруымен қолдау тапқан бұл зерттеу ұялы байланыс логистикасы туралы түсінігімізді қайта қалыптастырады, NPC-лердің ядроның қарбалас микроскопиялық мегаполисінде тәртіпті қалай сақтайтынын көрсетеді.