施一公:解析非洲爪蟾核孔復合體的近原子分辨率結構

2020年4月02日 13:39:56 來源: 中國科學報
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非洲爪蟾細胞局部NPC的三維結構

非洲爪蟾NPC細胞質環整體結構

  近日,西湖大學施一公團隊及合作者在bioRxiv接連發布兩篇預印本,解析了來自非洲爪蟾核孔復合體的胞質環的近原子分辨率結構以及環繞其的腔環結構。(bioRxiv所有論文未經同行評議)。

  核孔復合體(NPC)擔負著真核生物細胞核與細胞質之間繁忙的運輸大分子或顆粒物質的任務,也是其連接胞質和細胞核的唯一雙向通道。解析NPC結構有助于科學家了解蛋白和核酸進出細胞的分子機制。

  非洲爪蟾是一種重要的模式生物。研究人員利用冷凍電鏡斷層成像技術(cryo-ET),分析了來自非洲爪蟾卵母細胞的NPC腔環的結構。而且,所觀察到的腔環關鍵結構特征,又通過單粒子冷凍電鏡技術(cryo-EM)分析得到了獨立驗證。論文于3月29日發布。

  結果顯示,腔環包括8個蝶形亞基,每個包含兩個對稱翼。每個翼由4個細長的管狀體組成。在腔環亞基內,8個原體形成了兩個結構域,其中一個為Finger結構域,該結構與直接接觸在內部核細胞膜和外部核細胞膜間的融合處;另一個為Grid結構域,它是Finger結構域的堅實基礎。

  兩個鄰近的腔環亞基間,通過翼的側面邊緣與對方相互作用,并由此形成了一個Bumper結構域,似乎起著緩沖鄰近NPC的作用。研究揭示了以前不為人知的腔環特征,并且有助于解釋NPC的彈性性質。

  在另一篇論文中,施一公等人則解析了非洲爪蟾NPC胞質環的結構。NPC具有結構可塑性,僅在細胞質環的局部分辨率達15 ?時才能被表征出來。研究人員使用單粒子cryo-EM分析了非洲爪蟾NPC細胞質環,得出結構的平均分辨率5.5~7.9 ?。具體而言,結構模型核心區域平均分辨率為5.5 ?,局部分辨率達到4.5 ?。論文發布于3月28日。

  研究人員表示,每個細胞質環亞基中的兩個Y復合體不僅相互作用,還與來自側翼亞基的復合體相互作用,形成環狀支架。在每個細胞質環亞基中,包含Nup358區域包裹著兩個Y復合體的莖,可能以此穩定了支架。Nup205則連接兩個Y復合體的短臂,并與鄰近Y復合體的莖相聯系。而包含Nup214的區域使用一個延伸的卷曲螺旋將兩個Y復合體的Nup85連接起來,并延伸到NPC的軸向孔隙中。研究人員表示,這些結構有助于人們洞悉NPC 組裝,為搭建原子分辨率的模型提供了指導。

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