Майкл Рут, руководитель лаборатории клеточной и структурной биологии, и Брайан Чейт, руководитель лаборатории масс-спектрометрии и газо-ионной химии, вместе со своими коллегами работали над пониманием комплекса ядерных пор в течение почти двух десятилетий. Они впервые выделили и описали компоненты комплекса ядерных пор дрожжей в 2000 году, а затем выпустили первый проект его структуры в 2007 году.
У дрожжей, как и у людей, комплекс ядерных пор состоит из внутреннего кольца, зажатого между двумя внешними. кольца: одно обращено внутрь, другое — наружу. К этим внешним кольцам прикреплены классы белков, которые совместимы с уникальной химией ядра или цитоплазмы, обнаруженной в остальной части клетки. Это асимметричное распределение компонентов ядерных пор важно для определения направленности транспорта через поры.Комплекс настолько фундаментален, что считалось, что его архитектура разделяет все эукариоты.
Тем не менее, Самсон Обадо, научный сотрудник лаборатории Раута, обнаружил эукариотический вид, который имеет поры со структурой, не похожей ни на одну из ранее изученных, и это открытие означает, что эволюция пор, вероятно, более сложна, чем предполагалось ранее. Результаты Обадо были опубликованы в феврале в журнале PLoS Biology.«Нас двигало любопытство по поводу эволюции комплекса ядерных пор», — говорит Обадо. Почти все, что мы знаем о комплексе, получено от дрожжей и человека, которые, хотя и довольно далеки с точки зрения эволюции, тем не менее тесно связаны с растениями и многими другими одноклеточными эукариотами. «Но как выглядели исходные поры и как они развивались у разных эукариот?» — подумал Обадо.
Он был идеальным кандидатом для исследования этого вопроса, поскольку его аспирантура была сосредоточена на трипаносомах; эти паразиты, ответственные за серьезные заболевания, такие как сонная болезнь и болезнь Шагаса, произошли от семейств, которые развились в дрожжи, людей, растения и других эукариот примерно полтора миллиарда лет назад — примерно во времена последнего общего предка. всех эукариот.«Необычный и причудливый»«По сравнению со многими другими эукариотами, трипаносомы обладают необычной и причудливой молекулярной биологией. Ключевым примером является то, как они транскрибируют свои гены в информационные РНК для перевода в белки, что сильно отличается от моделей из учебников. Кроме того, поскольку они настолько расходятся, вы не могут просто искать последовательности генов, подобные таковым у дрожжей или человека », — говорит Обадо.
Раут, Чейт и его коллеги работали вместе с Марком Филдом из Университета Данди в Шотландии, чтобы идентифицировать предполагаемые компоненты ядерных пор из трипаносом. Для этого команда исследовала белок за белком через комплекс ядерных пор, очищая каждый из них вместе с другими проксимальными белками. Они полагали, что эти другие белки также могут быть частью комплекса ядерных пор.
Затем Обадо очистил новые белки, чтобы определить, являются ли они также частью комплекса вместе с их проксимальными белками, и так далее, пока он не провел полное исследование всех задействованных белков. Наконец, они работали с Ресурсным центром по электронной микроскопии университета, чтобы определить, где расположены ключевые компоненты по отношению друг к другу. В результате была получена полная первая картина всей пористой структуры трипаносомы.
Результаты команд показывают, что архитектура внутреннего кольца комплекса ядерных пор принципиально похожа у трипаносом, дрожжей, растений и позвоночных, что предполагает древнее происхождение этой общей особенности. Напротив, трипаносомный ядерный поровый комплекс обладает уникальным механизмом, привязывающим его к окружающей ядерной оболочке, а внешнее кольцо менее хорошо «сохранено» эволюцией, с дополнительными невиданными ранее компонентами.
Однако наиболее заметное различие между комплексами ядерной поры трипаносомы и другими, изученными на сегодняшний день, состоит в том, что комплекс ядерной поры трипаносомы демонстрирует почти полную симметрию своих компонентов и не имеет почти всех необходимых белков дрожжей и человека. для создания асимметричной сборки внутри поры. Вместо этого кажется, что растворимые белки в ядре и цитоплазме ответственны за установку направленности транспорта у этих паразитов как для белков, так и для РНК.По словам Обадо, тот факт, что поры трипаносомы имеют такое несходство с порами человека, может предоставить возможность. «Эти различия могут предложить то, что мы можем нацелить терапевтически, не рискуя причинить вред нашим собственным транспортным механизмам».
Эволюционные последствияЭти открытия также подтверждают идею теории эволюции, впервые предложенную Раутом и его коллегами. Теория, известная как «гипотеза протокоатомера», предполагает, что ядерная пора и ядерная оболочка имеют общего предка со структурами, которые образуют оболочки на других мембраносвязанных структурах в клетке, например, в аппарате Гольджи и эндоплазматическом ретикулуме.
Действительно, компоненты ядерной поры трипаносомы, несмотря на их отличия от других эукариот, по-прежнему сохраняют те структуры и организацию, которые присутствуют в этих других оболочках, говорят ученые.Более того, поскольку внутреннее ядро трипаносомного комплекса ядерных пор структурно хорошо сохранилось и похоже на ядра других эукариот, Раут и его команда полагают, что это ядро представляет собой исходные единицы более простого комплекса ядерных пор, которые предшествуют последнему предку всех эукариотами, и, таким образом, могут дать новые ключи к разгадке того, как изначально эволюционировало ядро.
