上下文很重要。 这适用于生命的许多方面，包括在我们细胞内执行重要功能的微小分子机器。

科学家们经常纯化细胞成分，如蛋白质或细胞器，以便对它们进行单独检查。 然而， 一项新的研究 今天发表在杂志上 自然 表明这种做法可以彻底改变有问题的组件。

研究人员设计了一种方法来研究直接位于细胞内的称为核孔复合体 (NPC) 的大型甜甜圈状结构。 他们的结果表明，孔隙的尺寸比以前认为的要大，这强调了在天然环境中分析复杂分子的重要性。

“我们已经证明，细胞环境对像 NPC 这样的大型结构有显着影响，这是我们在开始时没有预料到的，”麻省理工学院生物学教授、该研究的合作者 Thomas Schwartz 说。资深作者。 “科学家们普遍认为大分子足够稳定，可以在细胞内外保持其基本特性，但我们的研究结果推翻了这一假设。”

在人类和动物等真核生物中，细胞的大部分 DNA 都储存在称为细胞核的圆形结构中。 这种细胞器受到核膜的保护，核膜是一种保护屏障，将细胞核中的遗传物质与填充细胞其余部分的粘稠液体分开。 但是分子仍然需要一种进出细胞核的方式，以促进重要的过程，包括基因表达。 这就是 NPC 的用武之地。数百个——有时是数千个——这些孔嵌入核膜中，形成允许某些分子通过的通道。

该研究的第一作者、前麻省理工学院博士后 Anthony Schuller 将 NPC 比作体育场的大门。 “如果你想进入里面的游戏，你必须出示你的票并通过这些门之一，”他解释道。

按照人类的标准，NPC 可能很小，但它是细胞中最大的结构之一。 它由大约 500 种蛋白质组成，这使得其结构难以解析。 传统上，科学家将其分解为单独的部分，然后使用一种称为 X 射线晶体学的方法对其进行逐项研究。 根据施瓦茨的说法，在更自然的环境中分析 NPC 所需的技术直到最近才变得可用。

Schuller 和 Schwartz 与苏黎世大学的研究人员一起采用了两种尖端方法来解决孔隙结构：低温聚焦离子束 (cryo-FIB) 铣削和低温电子断层扫描 (cryo-ET)。

整个细胞太厚而无法在电子显微镜下观察。 但研究人员使用 MIT.nano 自动低温电子显微镜中心和科赫综合癌症研究所彼得森 (1957) 纳米技术材料核心设施中的冷冻 FIB 设备将冷冻结肠细胞切成薄层。 在这样做时，该团队捕获了包含 NPC 的细胞的横截面，而不是简单地孤立地观察 NPC。

“这种方法的惊人之处在于我们几乎没有操纵过细胞，”施瓦茨说。 “我们没有扰乱细胞的内部结构。 这就是革命。”

研究人员在查看显微镜图像时所看到的与现有的 NPC 描述完全不同。 他们惊讶地发现，形成孔隙中央通道的最内层环状结构比之前认为的要宽得多。 当它留在自然环境中时，孔隙最大可达 57 纳米——与之前的估计相比，体积增加了 75%。 该团队还能够仔细研究 NPC 的各种组件如何协同工作以定义孔隙的尺寸和整体结构。

“我们已经证明细胞环境影响 NPC 结构，但现在我们必须弄清楚如何以及为什么，”舒勒说。 他补充说，并非所有蛋白质都可以纯化，因此cryo-ET 和cryo-FIB 的组合也可用于检查各种其他细胞成分。 “这种双重方法可以解锁一切。”

德国亚琛工业大学生物化学教授 Wolfram Antonin 说：“这篇论文很好地说明了技术进步，在这种情况下，冷冻聚焦离子束研磨的人体细胞上的冷冻电子断层扫描，提供了细胞结构的新图景。”没有参与这项研究。 NPC 中央运输通道的直径比以前认为的要大，这一事实暗示该孔可能具有令人印象深刻的结构灵活性。 “这对于细胞适应增加的运输需求可能很重要，”Antonin 解释说。

接下来，舒勒和施瓦茨希望了解孔隙的大小如何影响哪些分子可以通过。 例如，科学家最近才确定这个孔足够大，可以让完整的病毒（如 HIV）进入细胞核。 同样的原则适用于医学治疗：只有具有特定特性的适当大小的药物才能访问细胞的 DNA。

Schwartz 特别想知道是否所有 NPC 都是平等的，或者它们的结构是否因物种或细胞类型而异。

“我们一直在操纵细胞并将单个组件从它们的原生环境中提取出来，”他说。 “现在我们知道这种方法的后果可能比我们想象的要大得多。”