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          施一公團隊首次以西湖大學為第一單位發表研究成果

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            核孔復合物(NPC)介導真核細胞中核與細胞質之間物質的流動。核孔復合物(NPC)是細胞中最大的超分子復合物之一,在酵母中的總質量約為50 MDa,在高等真核生物中的總質量約為110-125 MDa。 核孔復合物(NPC)的蛋白質成分被稱為核孔蛋白(Nup)。一個核孔復合物(NPC)大約有34個不同的核孔蛋白,其中大多數在不同的生物體中是保守的,每個核孔蛋白都有多個副本。但是,對於核孔復合物的腔環(LR)結構,不是很清楚。

            2020年5月4日,施一公團隊(西湖大學為第一單位)在Cell Research 在線發表題為”Molecular architecture of the luminal ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex“的研究論文,該研究報告瞭非洲爪蟾卵母細胞的NPC的腔環(LR)的冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)結構。LR的觀察到的關鍵結構特征可通過單粒子低溫電子顯微鏡(cryo-EM)分析獨立確認。該研究揭示瞭LR以前未知的特征,並可能解釋瞭NPC的彈性。

            所有真核細胞的標志是核被膜(NE),其將儲存遺傳物質的核質與細胞質分開,而核質RNA則被翻譯成具有多種功能的蛋白質。核孔復合物(NPC)介導轉錄和翻譯以及許多其他細胞過程所需的所有物質的核質穿梭。核孔復合物(NPC)與核被膜(NE)的高度彎曲部分相關聯並使其穩定,即內部(INM)和外部核膜(ONM)。

          X. laevis NE局部區域中NPC的三維組織(圖源自Cell Research )

            核孔復合物(NPC)是細胞中最大的超分子復合物之一,在酵母中的總質量約為50 MDa,在高等真核生物中的總質量約為110-125 MDa。 核孔復合物(NPC)的蛋白質成分被稱為核孔蛋白(Nup)。一個核孔復合物(NPC)大約有34個不同的核孔蛋白,其中大多數在不同的生物體中是保守的,每個核孔蛋白都有多個副本。

            X射線結構揭示瞭有關核孔復合物各個組成部分和亞復合物的大量信息。這些信息,連同EM和其他研究一起,得出瞭核孔復合物的三維模型。核孔復合物沿核質軸具有八倍對稱性,在核被膜平面中具有偽雙重對稱性。提議NPC的支架包括一個細胞質環(CR),一個內環(IR)和一個核環(NR)。細胞質細絲和核籃分別連接到CR和NR。

          LR的觀察到的關鍵結構特征可通過單粒子低溫電子顯微鏡(cryo-EM)分析獨立確認(圖源自Cell Research )

            腔環(LR),顧名思義,位於核被膜的管腔內,並在膜融合部位圍繞NPC。腔環通過核膜與NPC的所有其他成分分開,並可能在將NPC錨定到NE方面發揮瞭作用。先前的EM和ET研究表明,LR幾乎沒有可描述的特征,LR的整體組織,結構特征和功能機制仍然十分神秘。

            由於其位置,LR被推測為由完整的膜蛋白組成。在脊椎動物的Nups中,僅發現四種是完整的膜蛋白:具有單個跨膜螺旋(TM)的GP210(酵母中的Pom152),單個跨膜螺旋(TM)的POM121,NDC1和TMEM33每個都有六個預測的TM。GP210是唯一一個在脊椎動物中具有足夠大的管腔結構域的Nup,用於在管腔中形成環支架。

            該研究報告瞭非洲爪蟾卵母細胞的NPC的腔環(LR)的冷凍電子斷層掃描(cryo-ET)結構。LR的觀察到的關鍵結構特征可通過單粒子低溫電子顯微鏡(cryo-EM)分析獨立確認。

          Bumper結構域可能會緩沖相鄰的NPC(圖源自Cell Research )

            LR包括八個蝴蝶形的亞基,每個亞基包含兩個對稱的"翅膀"。每個"翅膀"由四個細長的管狀前叉組成。在LR亞基內,八個 protomers形成瞭一個Finger結構域。兩個相鄰的LR亞基通過其"翅膀"的側向邊緣彼此相互作用,構成瞭一個Bumper域,該結構顯示兩個主要構象並似乎在緩沖相鄰的NPC。該研究揭示瞭LR以前未知的特征,並可能解釋瞭NPC的彈性。

            參考消息:

            https://www.nature.com/articles/s41422-020-0320-y