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Nature子刊:核孔怎樣擋住不速之客

日期:2014-11-25 08:54:07

 倫敦大學學院(UCL)的科學家們揭示了核孔的具體結(jié)構(gòu),展示了細胞核保護遺傳物質(zhì)維持正常細胞功能的重要機制。這項研究將有助于人們開發(fā)抗病毒新藥,改良基因治療的遞送途徑。

 

細胞核是含有DNA的致密結(jié)構(gòu),周圍有一層保護性的核膜。核膜上具有數(shù)以百計的微小通道,這些被稱為核孔的通道允許關(guān)鍵性分子進出細胞核。

 

UCL的研究人員在蛙卵中研究了核孔的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn),核孔就像一種特殊的篩子,可以根據(jù)分子大小及其化學性質(zhì)進行篩選。“之前人們只知道核孔有篩選作用,卻并不清楚它們的工作機制,”領(lǐng)導這項研究的Dr Bart Hoogenboom說。

 

“研究顯示,核孔中間的蛋白纏在一起形成了一個屏障,就像一堆意大利面。這個屏障允許小分子和鹽自由通過,較大的分子(比如信使RNA)只能在分子伴侶的陪同下通過。這些分子伴侶就是核轉(zhuǎn)運受體,它們能夠松開蛋白屏障,幫助較大的分子通過核膜。這樣的事件每秒能發(fā)生幾千次,”文章的另一位領(lǐng)導者Dr Ariberto Fassati說。

 

之前科學家們知道,控制分子進出的是核孔形狀及其中間的蛋白結(jié)構(gòu),但他們并不了解核孔的具體工作機制。有些理論認為核孔相當于一把刷子,也有些理論認為核孔像一個篩子。

 

研究人員用原子力顯微鏡AFM)對核孔進行了深入研究。就像盲人用手指感知盲文一樣,原子力顯微鏡在樣本表面移動一個微小的針尖,感知樣本的形狀和硬度。選擇這個技術(shù)是因為核孔對于光學顯微鏡來說太小了,對于X射線晶體學技術(shù)而言又太靈活多變了。

 

“與光學顯微鏡相比,AFM能揭示更小的結(jié)構(gòu),”Dr Hoogenboom解釋道。“這個技術(shù)的竅門在于,施加足夠的壓力感知樣本,同時又不破壞它。這是一個緩慢而艱苦的過程,不過它能觀察到單個原子,達到其他方法難以企及的靈敏度。我們用這一技術(shù)成功檢測了從蛙卵細胞核剝離的核膜,揭示了核孔的具體結(jié)構(gòu)。”

 

這項研究為人們展示了核孔的獨特性質(zhì),及其在高等生物中的具體作用。人們可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的抗病毒藥物,設計更好的基因治療策略。

 

“有些病毒能夠騙過核孔中間的蛋白從而進入細胞核。更好的理解核孔,就能找到藥物阻止這樣的病毒。另外,了解核孔也有助于改善基因治療的遞送途徑,更好的跨越核孔將治療性基因送入細胞核,”Dr Fassati說。

 

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