L'étude se démêle comment les composés nucléaires de pore transportent des ARNm hors du noyau

Le butoir debout entre un noyau des cellules et sa chambre principale, appelés le cytoplasme, sont des milliers de composés nucléaires appelés de pore de structures des protéines de béhémoth, ou NPCs. NPCs sont comme les videurs d'un noyau des cellules, gardant fortement exact ce qui va dedans et à l'extérieur. Chaque structure contient environ 1.000 molécules de protéine, en effectuant à NPCs des plus grands composés de protéine dans nos fuselages. Un des usagers les plus notables de NPCs est une classe des molécules connues sous le nom de messager RNAs, ou des ARNm. Ce sont les messagers qui transportent des directives génétiques du noyau au cytoplasme, où elles sont alors traduites en protéines.

Mais comment le NPC transporte les ARNm hors du noyau est toujours un mystère.

« Les ARNm sont l'une des plus grandes cargaisons transportées par NPCs, et le procédé entier se produit dans juste une fraction de seconde, » dit André Hoelz, professeur de chimie chez Caltech, un chercheur médical d'institut de recherches (HMRI) d'héritage, et un chercheur (HHMI) de corps enseignant de Howard Hughes Medical Institute. « Comment ceci fonctionne a été un des problèmes non résolus les plus grands dans la biologie. »

NPCs sont associés à plusieurs maladies. Des mutations aux protéines dans le composé ont été liées aux scléroses latérales amyotrophiques telles que la sclérose latérale amyotrophique (ALS), et les gens avec la maladie de Huntington sont connus pour avoir des défectuosités dans le fonctionnement de leur NPCs.

Dans une étude neuve dans la question du 13 juin des transmissions de nature, de Hoelz et de son groupe--mené par Daniel Lin (PhD '17), un ancien étudiant de troisième cycle chez Caltech maintenant au Whitehead Institute pour la recherche biomédicale au MIT, et Sarah Eao, un étudiant de premier cycle chez Caltech--enregistrez le premier regard d'atomique-écaille aux éléments spécifiques de l'être humain NPCs responsables de relâcher des ARNm hors circuit dans le cytoplasme. Pour qu'un ARNm soit transporté par un NPC, il doit être étiqueté avec un facteur nucléaire d'exportation, un type de petite protéine. Cette balise est comme un billet qui permet à l'ARNm d'entrer dans la glissière centrale de transport du NPC. Une fois que l'ARNm atteint le côté cytoplasmique, il doit céder le billet--autrement, l'ARNm pourrait se déplacer de nouveau dans le noyau, et les protéines qu'il code n'obtiendraient pas effectuées.

Par une suite d'expériences concernant la cristallographie de rayon X, les biochimies, l'enzymologie, et d'autres méthodologies, les chercheurs pouvaient montrer comment ce procédé d'ONU-étiqueter les molécules d'ARNm fonctionne en cellules humaines pour la première fois.

« Il est comme si nous avons eu des instantanés avant, et maintenant nous avons un film nous montrer exact ce qui se produit à l'écaille moléculaire quand des ARNm sont relâchés hors circuit dans le cytoplasme des cellules, » dit Lin.

Les découvertes neuves de l'équipe ont été rendues possibles en obtenant une suite de structures cristallines de quelques uns les éléments protéiques de clavette d'un NPC humain. Une de ces composantes est Gle1 appelé. La structure en trois dimensions de cette protéine avait été obtenue déja en levure, mais faire ainsi pour sa variante humaine était resté un défi. En étudiant les propriétés biologiques de la levure Gle1, les chercheurs pouvaient figurer à l'extérieur qu'une autre protéine, Nup42 appelé, a été exigée pour stabiliser Gle1. Connaissant ceci, l'équipe pouvait pour la première fois, et puis épurer Gle1 humain des cellules en quantité élevée, utilisant le beamline moléculaire de l'observatoire de Caltech à la source lumineuse de rayonnement de synchrotron de Stanford, obtiennent sa structure cristalline.

« Même avec des milliards d'années d'évolution entre la levure et les êtres humains, il y a des aspects de nos bio-machines qui demeurent les mêmes, » dit toujours Lin.

Avec la capacité d'épurer Gle1 humain, les chercheurs commencent étudier comment les mutations affectent sa structure. Ils ont regardé plusieurs mutations spécifiques de Gle1 connu pour être associé à un syndrome congénital 1 (LCCS1) de contracture mortelle appelée de sclérose latérale amyotrophique et ont découvert que les versions mutées de la protéine n'étaient pas en tant que niche.

« Il est essentiel pendant la durée fonctionner Gle1 correctement, » dit Hoelz, « tellement toutes les mutations qui le rendent moins stable vont poser des problèmes. »

Les chercheurs ont alors regardé la structure de la limite Gle1 à une protéine DDX19 appelé--ce qui est responsable d'ONU-étiqueter les molécules d'ARNm après qu'elles traversent le NPC. Gle1 est exigé pour activer DDX19, et--jusqu'ici--on l'a pensé qu'un hexaphosphate appelé d'inositol de petite molécule (IP6) a agi comme une longe entre Gle1 et DDX19, permettant à l'activation de se produire.

« Nous avons constaté qu'IP6 n'a pas été exigé chez l'homme, et c'était une surprise parce qu'on l'exige en levure, et la dépendance IP6 était censée précédemment pour se produire en travers de toute la substance, » dit l'Eao. « Tandis qu'il y a quelques similitudes entre la levure et les protéines humaines, il y a également des différences essentielles. »

Ce qui est plus, les expositions neuves de recherches dans le petit groupe niveau atomique exact comment l'ONU-étiquetage de l'ARNm fonctionne. Ce genre d'information structurelle a pu être employé à l'avenir pour aider dans le modèle des médicaments thérapeutiques pour des scléroses latérales amyotrophiques.

Hoelz dit que Lin et Eao ont réellement dépassé des attentes pour cette recherche. « Elles ont voulu découvrir quelque chose neuve, et elles ont été assorties bien au-delà de à ce projet, » il dit. « Elles l'ont effectué se produire. C'est un moment de Caltech. »