logo

Пользовательского поиска

Thursday 24th of May 2018

Квантовые точки показали, как проникнуть в клеточное ядро

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Нанотехнологии в медицине и биологии
Автор: Administrator   
02.09.2010 22:13

 

Ученые Калифорнийского университета в Беркли (University of California – Berkeley) Карстен Вэйс (Karsten Weis), Ян Липхардт (Jan Liphardt) 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.


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.

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.

 

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. (Фото: Alan Lowe)

 

 

 

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 б ольшим 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.

Ранее ученые уже наблюдали перемещение малых молекул (несколько нанометров в диаметре), помеченных флуоресцентными метками, по каналу ЯПК. Но быстрый проход и слабый сигнал от этих молекул давал разбросанные и нечеткие данные. Лоу, Сигел, авторы статьи, и их коллеги использовали квантовые точки, имеющие диаметр около 20 нм (и поэтому более медленные, чем малые молекулы) и значительно более яркие, чем обычные флуорофоры. Исследователи связали квантовые точки с сигналами, распознаваемыми импортинами. С помощью микроскопа они наблюдали за тем, как сотни отдельных точек входили в канал, колебались вокруг него, выбрасывались из него и в некоторых случаях все-таки проходили через ЯПК в ядро. Исследователи записали видеоданные и отследили движение 849 квантовых точек с нанометровой точностью.

Похожие на спагетти пути квантовых точек, наложенные друг на друга, показали, что частицы распадаются на три класса: «рано прерываемые», которые кратковременно находятся в канале и выбрасываются из него; «поздно прерываемые», которые попадают в канал рецептора и доходят до его внутреннего конца, прежде чем отправиться по обратному пути, и «успешные», которые двигаются примерно по тому же пути, что и предыдущие, но допускаются в ядро.

Из беспорядочных зигзагов путей исследователи заключили, что квантовые точки, несомненно, скорее распределяются случайно, чем активно транспортируются внутрь ядра. А добавление дополнительного количества импортинов к покрытию квантовых точек укорачивало время транзита потому, что скорее могло повышать растворимость груза внутри ЯПК, чем взаимодействие с его внутренними стенками.

Ученые получили особенно интересный результат, когда отказались от белка-переносчика Ran. Без Ran в смеси квантовые точки следовали в точности по тем же траекториям, что и в присутствии белка; разница же состояла в том, что практически ни одна квантовая точка не прошла через ЯПК в ядро.

Учитывая данные по путям квантовых точек, ученые составили модель функционирования ЯПК. Большой груз сначала захватывается периферийными нитями комплекса ядерной поры. Затем он встречается с сужением, благодаря которому он как бы попадает в вестибюль. Далее, в определенных случаях, Ran обменивает молекулу ГДФ груза на молекулу ГТФ, и груз допускается в ядро. Необратимый характер носит только последний этап.

«Это изящное исследование», - говорит Майкл Рут (Michael Rout), профессор клеточной и структурной биологии Университета Рокфеллера (Rockefeller University), специализирующийся на транспорте через ЯПК. «Если мы, в конце концов, поймем, как ЯПК функционирует на тончайшем уровне, мы, возможно, сможет создать фильтры, способные отбирать интересующие нас молекулы».

Одним из главных достижений нового исследования является представление о том, что селективность ЯПК определяется скорее каскадом фильтров, каждый из которых корректирует транспорт грузов, чем одним высоко селективным этапом. Это объясняет, почему некоторые вещества легко попадают в ядро, в то время как другие не допускаются в него. Это открытие может иметь практическое клиническое применение, считают Липхардт и Вэйс. Оно может дать ученым возможность разработать методы эффективной доставки больших искусственных грузов, таких как препараты в виде конъюгированных полимеров, и контрастных агентов в ядро, содержащее геном.

 

 

По материалам

QB3 researchers illuminate operation of molecular gateway to the cell nucleus

 

Аннотация к статье: Selectivity mechanism of the nuclear pore complex characterized by single cargo tracking

 

© «Квантовые точки показали, как проникнуть в клеточное ядро». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на сайт LifeSciencesToday.

 

 

 

 

Related Articles:
 
OZON.ru

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday608
mod_vvisit_counterYesterday602
mod_vvisit_counterThis week2992
mod_vvisit_counterLast week4698
mod_vvisit_counterThis month15482
mod_vvisit_counterLast month17905
mod_vvisit_counterAll days3998864

We have: 44 guests, 2 bots online
Your IP: 54.224.151.24
 , 
Today: Май 24, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.