Ядро заключено в двойную мембрану, ядерную оболочку, которая защищает ДНК и отделяет от остальной части клетки. Цилиндрическая конфигурация, известная как комплекс, занимается экспортом и импортом ядерной поры объединяя основную массу клетки со штаб-квартирой.

Исследователи из Rockefeller University и их коллеги выявили архитектуру комплекса ядерной поры в дрожжевых клетках. "Она напоминает нам висячий мост, в котором комбинация устойчивой и гибкой частей образует устойчивую к стрессам структуру," сказал Michael P. Rout.

Комплекс поры содержит 552 белковых компонентов, наз. нуклеопоринами, и ранее не было известно, как они взаимодействуют др. с др. Исследователи надеются, что эта новая молекулярная структура будет исследована, как действует в норме этот ядерный портал и как дефекты в нём приводят к заболеваниям, таким как рак.

Комплексы пор впервые были обнаружен у одноклеточных организмов в виде специальных компартментов, содержащих орган-подобные структуры, включая и ядро, содержащее клеточный генетический код. Комплекс служит не только как трубопровод от ядра, но и также как пропускной пункт, регулирующий, что проходит через него туда и обратно. Генетическим инструкциям, транскрибируемым в РНК, выход дозволен, напр., тогда как белки, необходимые внутри ядра могут вступать в него. Др. вещи, такие как вирусы, помещаются поверх клетки и удерживаются в этом безвыходном положении.

Rout и Chait начали картировать эти древние структуры более 20 лет тому назад. Более трети комплекса поры подвижно, и эта гибкость вместе с огромным размером структуры и постоянным потоком, проходящим через него, означает, что не существует единого подхода для картирования. "Напоследок мы использовали самое важное, чтобы приложить свои силы и интегрировать составные части в одну структуру," говорит.

Вместе с исследователями из University of California, San Francisco; Boston University Medical School; и Baylor College of Medicine, команда оказалась способной определить тип и количество каждого нуклеопротеина и его близость к другому, а также массу и форму всего комплекса.

Эти данные позволили им визуализовать анатомию множества из индивидуальных компонентов поры и помесить их все в комплекс поры. Они установили запутанную кольцевую структуру, содержащую ригидные диагональные столбы и подвижные соединители (connectors), которые напоминают башни и кабели структуры моста Золотые ворота (Golden Gate Bridge).

Комплекс поры впервые попал в поле зрения человека в 1950s, когда Michael Watson обнаружил небольшие уплотнения в виде точек на поверхности ядерной оболочки. 20 лет спустя в лаб. Gunter Blobel, впервые открыли отдельные каналы и определили их структуру.

Затем пришли к комплексу поры. Когда исследователи сравнили свои данные на дрожжах с находками структур комплексов пор у человека, то они установили сходство элементов, хотя и расположенных немного по-иному.

Дефекты в комплексах пор и их компоненты оказались сцепленными с рядом болезней, включая аутоиммунные нарушения и рак; между тем вирусы пытались прокрасться мимо них.

Определение новой структуры комплекса у дрожжей полезно. В данном случае они смогли установить карту мест, которые изменены при некоторых раковых опухолях -- это указывает на то, что комплекс поры у дрожжей может быть использован для тестирования факторов, подобных стрессам, лекарствам или мутациям, изменяющих поры, что позволит понять и лечить некоторые болезни.

a, Severity of fitness defects, indicated in increasing intensity of purple shades for specific truncations of nucleoporins (Extended Data Fig. 9), mapped onto three spokes of the NPC. b, c, Structures corresponding to the position of the most severe defects (dark blue). In top panels in b, diagonally oriented columns reinforcing the core scaffold may accommodate NPC compression and expansion (diagram to right). Bottom, molecular details of Nup arrangement (relevant residue numbers indicated). In middle panels in c, the position of hotspots coincides with spoke-to-spoke connections. Central spoke, grey; flanking spokes, white (schematic, middle right). Top and bottom, molecular details of spoke-to-spoke connector hinges. d, Top left and centre left, three spokes shown as top and front views; centre right, one spoke in side view. Schematic indicates convex and concave pore membrane curvatures. Positions of TMDs and MBMs are depicted and their proteins are labelled in brown and orange, respectively. Top right, diagrammatic side view showing how the MBMs and TMDs curve the pore membrane. Bottom, molecular details of the Nups containing the TMDs and MBMs. e, Second row left, three spokes in front view, showing how vertical connector Nups (cyan) spanning from the cytoplasmic to nuclear sides of the NPC connect the rings. Second row right, one spoke in side view, showing how horizontal connector Nups (aquamarine) connect modules spanning from the pore membrane to the central channel. First row and bottom row left show molecular details of the connectors within the NPC. Bottom row centre and right, diagrammatic views of the connectors depicted as blue dotted lines; modules connected labelled in blue; major Nups being contacted by connectors listed in grey.

a, Central transporter density from the cryo-ET map (Fig. 3) is shown within the structure of the NPC scaffold (grey) (top). Features of the central transporter are indicated. Anchors (light green) in FG Nups largely direct the FG-repeat emanating points (dark green) towards the central channel (bottom). Scale bar, 100?A. b, Central cross-section of the cryo-ET map (grey) with embedded representative NPC structure (Fig. 4), showing the central transporter and the bridges connecting it to the core scaffold in top view (scale bar, 100?A), with a magnified view of one spoke on the left (scale bar, 20?A). The anchor points for the FG repeats of Nup49, Nup57 and Nsp1 are depicted as green densities. c, Position of FG-repeat anchor points (green) within a side view of three spokes of the scaffold (grey). Scale bar, 100?A. d, Heat mapping of repeats of FXFG/FG type (red) and GLFG type (blue), from Brownian dynamics simulations (Methods), showing partitioning to different regions of the central channel. Scale bar, 100?A. e, Heat mapping of the effect of FG-repeat region truncations on NPC permeability; the severity of the permeability defect34 (measured as permeability relative to permeability in wild type, (p/pWT)) is indicated in increasing shades from minor (light green) to severe (dark blue). Cyt, cytoplasm; nucl, nucleoplasm. Scale bar, 100?A. Full siz