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核孔复合体中蛋白质的实时监测

在人类细胞中,细胞核被称为核孔复合体(NPC)的结构所包围。它扮演着“看门人”的角色,控制分子在细胞核和周围细胞质(细胞内部含有蛋白质的溶液)之间的运输。NPC由称为核孔蛋白的蛋白质组成;其中一些,所谓的FG-NUPs,属于本质上无序的蛋白质(IDPs),能够形成液-液相分离(LLPS),缺乏明确的三级结构(即特定的三维形状)。虽然我们对FG-NUPs已经有了很多了解,但对于它们的结构如何随时间和空间变化的了解却一直缺失。但是现在,通过高速原子力显微镜(HS-AFM)的应用,来自金泽大学的Richard Wong和他的同事们为FG-NUPs的时空结构提供了急需的洞见。

研究人员使用的技术,HS-AFM,通常用于成像表面。一个微小的悬臂在表面上移动;在任何给定的时间,悬臂探针所经历的力可以转换为高度测量。对整个表面进行扫描,然后得到样本的高度图。通过反复快速扫描表面,得到其结构演变的视频。将HS-AFM应用到FG-NUPs上,Wong和他的同事能够测量一些分子的特性,包括FG-NUP丝状物(线状突起结构)的延伸速度、弯曲角度以及它们如何形成结。

科学家们研究了正常结肠细胞、结直肠癌细胞和类器官中的FG-NUPs。他们发现前者表现出较少的构象动力学。一个特别有趣的结论是,在结肠癌细胞中,所谓的中央塞结构较小,不像正常细胞那样容易发育成丝状特征,这一发现具有很高的临床意义。

由于其形态和功能一直是争论的话题,Wong和他的同事们关于中央插头的研究结果非常重要和及时。研究人员现在提供了强有力的证据,证明中央插头至少部分由fg - nup组成。

除了证明HS-AFM是一种能够实时可视化FG-NUP单丝运动的工具之外,科学家工作的另一个含义是“生物再生纳米材料(如NPC纳米孔)……具有生物相容性优势…直接从细胞和类有机物中提取,而不是从其他经工程处理的纳米材料中提取(比如碳纳米管,它可能诱发肿瘤和相关病理),这为纳米组织工程开辟了一条新途径。”

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