Хаос. Нелинейная динамика

Ученые Университета Калифорнии Беркли  Карстен Вэйс, Ян Липхардт  и их коллеги использовали флуоресцентные метки, называемые квантовыми точками, для определения того, какие молекулы попадают в ядро через его нанопоры, а какие остаются за его пределами.

Полученные исследователями результаты могут помочь в разработке препаратов, предназначенных для взаимодействия с ДНК клетки, способных пройти через ядерные поры.

Комплекс ядерной поры (ЯПК) является воротами для перемещения всех молекул между цитоплазмой и ядром эукариотических клеток. (а) Больший груз (красный) требует транспортного рецептора (зеленый), чтобы пройти через пору. (b) Квантовая точка проходит через ЯПК. (Image: Alan Lowe)

Биофизики из UC Беркли с беспрецедентным разрешением проследили пути груза, проходящего через так называемый комплекс ядерной поры (nuclear pore complex NPC), избирательное наноразмерное отверстие, контролирующее доступ к ядру клетки, и ответили на несколько ключевых вопросов о его функциях.

Комплекс ядерной поры (ЯПК), большой комплекс белков, имеющий форму баскетбольной корзины, окаймленный нитями-щупальцами, является входными воротами в ядро клетки, где хранится генетическая информация. Ядро любой клетки содержит примерно 2000 ЯПК, встроенных в его оболочку. Комплекс, имеющий размер около 50 нанометров, ответственен за транспорт веществ из и в ядро клетки. Он с большой точностью различает вещества, предотвращая тем самым перемешивание внутреннего содержимого ядра с содержимым остальной части клетки.

Некоторые вирусы, специфически связывающиеся с ЯПК для получения доступа к ядру, и нарушение транспорта между цитоплазмой и ядром влекут за собой развитие различных заболеваний, включая рак.

Ученые создали модели ЯПК, но каким образом этот канал функционирует и достигает необходимой степени селективности, оставалось загадкой. Известно, что для прохода через ЯПК большие молекулы должны связаться, по крайней мере, с несколькими рецепторами импорта ядерных белков, или импортинами. При этом не ясно, приводит ли связывание с большим количеством импортинов к увеличению скорости прохождения молекулы в ядро или, наоборот, к ее уменьшению. Кроме того, неизвестна и точная точка, у которой важнейшую роль играет белок-переносчик Ran, меняющий одну молекулу ГТФ (клеточного топлива, аналогичного хорошо известному АТФ) на молекулу ГДФ, которую несет большая молекула, входящая в ЯПК.

Профессор молекулярной и клеточной биологии UC Беркли Карстен Вэйс, профессор физики UC Беркли Ян Липхардт и их коллеги провели новаторские эксперименты по визуализации этих процессов, которые разрешили все эти загадки.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.