السياق مهم. هذا صحيح بالنسبة للعديد من جوانب الحياة ، بما في ذلك الآلات الجزيئية الدقيقة التي تؤدي وظائف حيوية داخل خلايانا.

غالبًا ما يقوم العلماء بتنقية المكونات الخلوية ، مثل البروتينات أو العضيات ، لفحصها بشكل فردي. لكن، دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة الطبيعة يقترح أن هذه الممارسة يمكن أن تغير بشكل جذري المكونات المعنية.

ابتكر الباحثون طريقة لدراسة بنية كبيرة على شكل كعكة دائرية تسمى مجمع المسام النووي (NPC) مباشرة داخل الخلايا. كشفت نتائجهم أن المسام لها أبعاد أكبر مما كان يعتقد سابقًا ، مما يؤكد أهمية تحليل الجزيئات المعقدة في بيئاتها الأصلية.

يقول توماس شوارتز ، أستاذ علم الأحياء بوريس ماجاسانيك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وزميل الدراسة: "لقد أظهرنا أن البيئة الخلوية لها تأثير كبير على الهياكل الكبيرة مثل NPC ، وهو شيء لم نتوقعه عندما بدأنا". مؤلف كبير. "يعتقد العلماء عمومًا أن الجزيئات الكبيرة مستقرة بدرجة كافية للحفاظ على خصائصها الأساسية داخل الخلية وخارجها ، لكن النتائج التي توصلنا إليها قلبت هذا الافتراض رأسًا على عقب."

في حقيقيات النوى مثل البشر والحيوانات ، يتم تخزين معظم الحمض النووي للخلية في بنية مستديرة تسمى النواة. يتم حماية هذه العضية بواسطة الغلاف النووي ، وهو حاجز وقائي يفصل المادة الوراثية في النواة عن السائل السميك الذي يملأ باقي الخلية. لكن الجزيئات لا تزال بحاجة إلى طريقة للدخول والخروج من النواة من أجل تسهيل العمليات المهمة ، بما في ذلك التعبير الجيني. وهنا يأتي دور الـ NPC. المئات - أحيانًا الآلاف - من هذه المسام مغروسة في الغلاف النووي ، مما يخلق بوابات تسمح لبعض الجزيئات بالمرور.

يقارن المؤلف الأول للدراسة ، الباحث السابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، أنتوني شولر ، الشخصيات غير القابلة للعب بالبوابات في ملعب رياضي. ويشرح قائلاً: "إذا كنت ترغب في الوصول إلى اللعبة في الداخل ، فعليك إظهار تذكرتك والمرور عبر إحدى هذه البوابات".

قد يكون NPC صغيرًا وفقًا للمعايير البشرية ، لكنه أحد أكبر الهياكل في الخلية. إنه يتألف من حوالي 500 بروتين ، مما جعل هيكله صعب التحليل. تقليديا ، قام العلماء بتقسيمها إلى مكونات فردية لدراستها مجزأة باستخدام طريقة تسمى علم البلورات بالأشعة السينية. وفقًا لشوارتز ، فإن التكنولوجيا المطلوبة لتحليل NPC في بيئة طبيعية أكثر أصبحت متاحة مؤخرًا فقط.

جنبا إلى جنب مع باحثين من جامعة زيورخ ، استخدم شولر وشوارتز طريقتين متطورتين لحل بنية المسام: طحن شعاع الأيونات المركزة بالتبريد (cryo-FIB) والتصوير المقطعي بالتبريد الإلكتروني (cryo-ET).

الخلية بأكملها سميكة للغاية بحيث لا يمكن النظر إليها تحت المجهر الإلكتروني. لكن الباحثين قاموا بتقطيع خلايا القولون المجمدة إلى طبقات رقيقة باستخدام معدات cryo-FIB الموجودة في مركز MIT. من خلال القيام بذلك ، التقط الفريق مقاطع عرضية للخلايا التي تضمنت الشخصيات غير القابلة للعب ، بدلاً من مجرد النظر إلى الشخصيات غير القابلة للعب في عزلة.

يقول شوارتز: "الشيء المدهش في هذا النهج هو أننا بالكاد نتلاعب بالخلية على الإطلاق". لم نقم بتشويش الهيكل الداخلي للخلية. هذه هي الثورة ".

ما رآه الباحثون عندما نظروا إلى صورهم المجهرية كان مختلفًا تمامًا عن الأوصاف الحالية لـ NPC. لقد فوجئوا عندما اكتشفوا أن بنية الحلقة الداخلية ، التي تشكل القناة المركزية للمسام ، أوسع بكثير مما كان يعتقد سابقًا. عندما تُترك في بيئتها الطبيعية ، تنفتح المسام حتى 57 نانومتر - مما يؤدي إلى زيادة حجمها بنسبة 75٪ مقارنة بالتقديرات السابقة. تمكن الفريق أيضًا من إلقاء نظرة فاحصة على كيفية عمل المكونات المختلفة لـ NPC معًا لتحديد أبعاد المسام والبنية الشاملة.

يقول شولر: "لقد أظهرنا أن البيئة الخلوية تؤثر على هيكل NPC ، ولكن علينا الآن معرفة كيف ولماذا". ويضيف أنه لا يمكن تنقية جميع البروتينات ، لذا فإن الجمع بين cryo-ET و cryo-FIB سيكون مفيدًا أيضًا لفحص مجموعة متنوعة من المكونات الخلوية الأخرى. "هذا النهج المزدوج يفتح كل شيء."

يقول ولفرام أنتونين ، أستاذ الكيمياء الحيوية في جامعة آر دبليو تي أتش آخن في ألمانيا: "توضح الورقة بشكل جيد كيف أن التطورات التقنية ، في هذه الحالة ، التصوير المقطعي بالإلكترون بالتبريد على شعاع أيوني مركّز بالتبريد يطحن الخلايا البشرية ، يقدم صورة جديدة للبنى الخلوية". لم يشارك في الدراسة. تشير حقيقة أن قطر قناة النقل المركزية لـ NPC أكبر مما كان يعتقد سابقًا إلى أن المسام يمكن أن تتمتع بمرونة هيكلية رائعة. يوضح أنتونين: "قد يكون ذلك مهمًا للخلية للتكيف مع متطلبات النقل المتزايدة".

بعد ذلك ، يأمل شولر وشوارتز في فهم كيفية تأثير حجم المسام على الجزيئات التي يمكن أن تمر من خلالها. على سبيل المثال ، قرر العلماء مؤخرًا فقط أن المسام كانت كبيرة بما يكفي للسماح للفيروسات السليمة مثل فيروس نقص المناعة البشرية بالدخول إلى النواة. ينطبق المبدأ نفسه على العلاجات الطبية: فقط الأدوية ذات الحجم المناسب ذات الخصائص المحددة ستكون قادرة على الوصول إلى الحمض النووي للخلية.

شوارتز فضولي بشكل خاص لمعرفة ما إذا كانت جميع الشخصيات غير القابلة للعب قد تم إنشاؤها على قدم المساواة ، أو إذا كان هيكلها يختلف بين الأنواع أو أنواع الخلايا.

يقول: "لقد تعاملنا دائمًا مع الخلايا وأخذنا المكونات الفردية من سياقها الأصلي". "نحن نعلم الآن أن هذه الطريقة قد يكون لها عواقب أكبر بكثير مما كنا نظن."