コンテキストが重要です。 それは、私たちの細胞内で重要な機能を実行する小さな分子機械を含む、生命の多くの側面に当てはまります。

科学者は、タンパク質や細胞小器官などの細胞成分を個別に調べるために、それらを精製することがよくあります。 しかし、 新しい研究 本日ジャーナルに掲載 自然 この方法により、問題のコンポーネントが大幅に変更される可能性があることを示しています。

研究者たちは、細胞内に直接核膜孔複合体（NPC）と呼ばれる大きなドーナツ型の構造を研究する方法を考案しました。 彼らの結果は、細孔が以前に考えられていたよりも大きな寸法を持っていることを明らかにし、それらの本来の環境で複雑な分子を分析することの重要性を強調しました。

「細胞環境がNPCのような大きな構造に大きな影響を与えることを示しました。これは、私たちが始めたときには予期していなかったことです」と、MITのBorisMagasanik生物学教授で研究の共同研究者であるThomasSchwartzは述べています。上級著者。 「科学者は一般に、大きな分子は細胞の内側と外側の両方で基本的な特性を維持するのに十分安定していると考えていましたが、私たちの発見はその仮定をその頭に向けています。」

人間や動物のような真核生物では、細胞のDNAのほとんどは核と呼ばれる丸い構造に保存されています。 このオルガネラは核膜によって保護されています。核膜は、核内の遺伝物質を細胞の残りの部分を満たす厚い液体から分離する保護バリアです。 しかし、分子は、遺伝子発現を含む重要なプロセスを促進するために、核に出入りする方法を依然として必要としています。 そこでNPCが登場します。これらの細孔の数百、場合によっては数千が核膜に埋め込まれ、特定の分子が通過できるゲートウェイを作成します。

この研究の筆頭著者である元MITポスドクのAnthonySchullerは、NPCをスポーツスタジアムのゲートと比較しています。 「内部のゲームにアクセスしたい場合は、チケットを提示して、これらのゲートのXNUMXつを通過する必要があります」と彼は説明します。

NPCは人間の基準では小さいかもしれませんが、セル内で最大の構造の500つです。 約XNUMXのタンパク質で構成されているため、構造の解析が困難になっています。 伝統的に、科学者はそれを個々の成分に分解し、X線結晶学と呼ばれる方法を使用して断片的に研究してきました。 シュワルツによれば、より自然な環境でNPCを分析するために必要な技術は、ごく最近利用可能になりました。

チューリッヒ大学の研究者とともに、SchullerとSchwartzは、細孔の構造を解決するためにXNUMXつの最先端のアプローチを採用しました。クライオ集束イオンビーム（cryo-FIB）ミリングとクライオ電子線トモグラフィー（cryo-ET）です。

細胞全体が厚すぎて電子顕微鏡で見ることができません。 しかし、研究者たちは、MIT.nanoの自動極低温電子顕微鏡センターとKoch Institute for Integrative Cancer ResearchのPeterson（1957）Nanotechnology Materials Core Facilityに収容されているクライオFIB装置を使用して、凍結結腸細胞を薄層にスライスしました。 そうすることで、チームは単にNPCを分離して見るのではなく、NPCを含むセルの断面をキャプチャしました。

「このアプローチの驚くべき点は、セルをほとんど操作していないことです」とSchwartz氏は言います。 「私たちは細胞の内部構造を混乱させていません。 それが革命です。」

研究者が顕微鏡画像を見たときに見たものは、NPCの既存の説明とはかなり異なっていました。 彼らは、細孔の中央チャネルを形成する最も内側のリング構造が、以前に考えられていたよりもはるかに広いことを発見して驚いた。 自然環境に放置すると、細孔は最大57ナノメートル開きます。その結果、以前の推定値と比較して体積が75％増加します。 チームはまた、NPCのさまざまなコンポーネントがどのように連携して、細孔の寸法と全体的なアーキテクチャを定義するかを詳しく調べることができました。

「細胞環境がNPC構造に影響を与えることを示しましたが、今度はその方法と理由を理解する必要があります」とSchuller氏は言います。 すべてのタンパク質を精製できるわけではないので、cryo-ETとcryo-FIBの組み合わせは、他のさまざまな細胞成分の検査にも役立ちます。 「この二重のアプローチはすべてのロックを解除します。」

「この論文は、技術の進歩、この場合はクライオ集束イオンビームで粉砕されたヒト細胞のクライオ電子線トモグラフィーが細胞構造の新鮮な画像を提供する方法をうまく示しています」と、ドイツのRWTHアーヘン大学の生化学教授であるWolframAntoninは述べています。研究には関与していませんでした。 NPCの中央輸送チャネルの直径が以前に考えられていたよりも大きいという事実は、細孔が印象的な構造的柔軟性を持っている可能性があることを示唆しています。 「これは、細胞が増加する輸送需要に適応するために重要かもしれません」とアントニンは説明します。

次に、SchullerとSchwartzは、細孔のサイズがどの分子が通過できるかにどのように影響するかを理解したいと考えています。 たとえば、科学者たちは最近、HIVのような無傷のウイルスが核に侵入するのに十分な大きさの細孔があると判断しました。 同じ原理が治療にも当てはまります。特定の特性を持つ適切なサイズの薬だけが細胞のDNAにアクセスできます。

シュワルツは、すべてのNPCが同じように作成されているかどうか、またはそれらの構造が種や細胞の種類によって異なるかどうかを知りたいと特に興味を持っています。

「私たちは常に細胞を操作し、個々のコンポーネントを本来のコンテキストから外しました」と彼は言います。 「今では、この方法が私たちが思っていたよりもはるかに大きな結果をもたらす可能性があることがわかりました。」