De studie ontrafelt hoe de kernporiecomplexen mRNAs uit de kern vervoeren

De bevindende wacht tussen de kern van een cel en zijn hoofdkamer, genoemd het cytoplasma, is duizenden behemoth eiwitstructuren genoemd kernporiecomplexen, of NPCs. NPCs is als de uitsmijters van de kern van een cel, strak precies bewakend wat binnen en uitgaat. Elke structuur bevat ongeveer 1.000 eiwitmolecules, makend tot NPCs enkele grootste eiwitcomplexen in onze organismen. Één van de opmerkelijkste cliënten van NPCs is een klasse van molecules die als boodschapper RNAs wordt bekend, of mRNAs. Dit zijn de boodschappers die genetische instructies van de kern aan het cytoplasma dragen, waar zij dan vertaald in proteïnen zijn.

Maar hoe NPC vervoerden is mRNAs uit de kern nog een geheim.

„MRNAs zijn één van de grootste ladingen die door NPCs worden gedragen, en het gehele proces komt in enkel een fractie van een seconde voor,“ zegt André Hoelz, professor van chemie in Caltech, een Onderzoeker van het Onderzoekinstituut van het Medische Van de Erfenis, en een Geleerde (HHMI) van de Faculteit van het Howard Hughes Medical Institute. „Hoe dit werk één van de grootste onopgeloste problemen in biologie.“ is geweest

NPCs wordt geassocieerd met verscheidene ziekten. De veranderingen aan proteïnen binnen het complex zijn verbonden met de ziekten van het motorneuron zoals amyotrophic zijsclerose (ALS), en de mensen met de ziekte van Huntington zijn gekend om tekorten in de functie van hun NPCs te hebben.

In een nieuwe studie in 13 Juni kwestie van de Mededelingen van de Aard, Hoelz en zijn groep--nu aan de spits gestaan van door Daniel Lin (Doctoraat '17), een vroegere gediplomeerde student in Caltech bij Whitehead Institute voor Biomedisch Onderzoek bij MIT, en Sarah Cai, een student in Caltech--rapporteer de eerste atoom-schaal de specifieke componenten van menselijke NPCs verantwoordelijk voor het teruglopen mRNAs in het cytoplasma bekijkt. Voor mRNA dat door een NPC moet worden vervoerd, moet het met een kern de uitvoerfactor, een type van kleine proteïne worden geëtiketteerd. Die markering is als een kaartje dat mRNA toestaat om het centrale vervoerkanaal van NPC in te gaan. Zodra mRNA de cytoplasmic kant bereikt, moet het het kaartje overgeven--anders, kon mRNA terug in de kern, en de proteïnen reizen het niet gemaakt zou worden codeert.

Door een reeks experimenten die de kristallografie van de Röntgenstraal, biochemie, enzymologie, en andere methodologieën impliceren, konden de onderzoekers tonen hoe dit proces V.N.-etiketteert de mRNA molecules voor het eerst in menselijke cellen werkt.

„Het is alsof wij momentopnamen vóór hadden, en nu hebben wij een film die ons precies toont wat bij de moleculaire schaal wanneer mRNAs in het cytoplasma van de cel zijn teruggelopen,“ zegt Lin gebeurt.

De nieuwe bevindingen van het team werden gemaakt mogelijk door een reeks kristalstructuren van een paar zeer belangrijke eiwitcomponenten van een menselijke NPC te verkrijgen. Één van die componenten wordt genoemd Gle1. De driedimensionele structuur van deze proteïne was verkregen voordien in gist, maar het doen dit voor zijn menselijke variant was een uitdaging gebleven. Door de biochemische eigenschappen van gist Gle1 te bestuderen, konden de onderzoekers berekenen dat een andere proteïne, genoemd Nup42, werd vereist om Gle1 te stabiliseren. Kennend dit, kon het team menselijke Gle1 van cellen in hoge hoeveelheden zuiveren voor het eerst, en dan, gebruikend beamline van het Waarnemingscentrum van Caltech Moleculaire bij de Lichtbron van de Straling van het Synchotron van Stanford, zijn kristalstructuur verkrijgen.

„Zelfs met miljarden jaren van evolutie tussen gist en mensen, zijn er nog aspecten van onze bio-machines die het zelfde blijven,“ zegt Lin.

Met de capaciteit om menselijke Gle1 te zuiveren, beginnen de onderzoekers met het bestuderen van hoe de veranderingen zijn structuur beïnvloeden. Zij bekeken verscheidene specifieke veranderingen van Gle1 die worden gekend om met een geroepen dodelijke contractuur van het motorneuron ziekte aangeboren syndroom 1 (LCCS1) worden geassocieerd en ontdekten dat de veranderde versies van de proteïne niet stabiel waren.

„Gle1 is essentieel voor het leven behoorlijk te functioneren,“ zegt Hoelz, „zo om het even welke veranderingen die het minder stabiel om veroorzaken te zijn gaan problemen veroorzaken.“

De onderzoekers bekeken toen de structuur van Gle1 verbindend aan een proteïne genoemd DDX19--welke van V.N.-etiketterende de mRNA molecules de oorzaak is nadat zij door NPC overgaan. Gle1 wordt vereist om DDX19 te activeren, en--tot nu toe--men dacht dat een kleine molecule genoemd inositol hexaphosphate (IP6) als een ketting tussen Gle1 en DDX19 handelde, toestaand de activering om voor te komen.

„Wij vonden dat IP6 niet in mensen werd vereist, en dat was een verrassing omdat het in gist wordt vereist, en IP6 de afhankelijkheid werd eerder verondersteld om over alle species voor te komen,“ zegt Cai. „Terwijl er sommige gelijkenissen tussen gist en menselijke proteïnen zijn, zijn er ook essentiële verschillen.“

Wat meer, het nieuwe onderzoek is toont precies in atoom-vlak detail hoe V.N.-etiketteert van mRNA werkt. Dit soort structurele informatie zou in de toekomst kunnen worden gebruikt in het ontwerp van therapeutische drugs voor de ziekten van het motorneuron te helpen.

Hoelz zegt dat Lin en Cai werkelijk verwachtingen voor dit onderzoek overschreden. „Zij wilden nieuw iets ontdekken, en zij gingen hierboven en verder met dit project,“ hij zegt. „Zij maakten het gebeuren. Dit is een ogenblik Caltech.“

Bron: http://www.caltech.edu/