Studie entwirrt, wie Kernporenkomplexe mRNAs aus dem Kern heraus transportieren

Stehende Abdeckung zwischen einem Kern der Zelle und seiner Hauptkammer, genannt den Zytoplasma, sind Tausenden Ungetümproteinzellen, die Kernporenkomplexe genannt werden, oder NPCs. NPCs sind wie die Prahler eines Kernes der Zelle und fest genau schützen, was herein und ausgeht. Jede Zelle enthält ungefähr 1.000 Proteinmoleküle und macht NPCs einiges von den größten Proteinkomplexen in unseren Karosserien. Einer der bemerkenswertesten Kunden von NPCs ist eine Klasse Moleküle, die als Bote RNAs bekannt sind, oder mRNAs. Diese sind die Boten, die genetische Anweisungen vom Kern zum Zytoplasma tragen, in dem sie dann in Proteine übertragen werden.

Aber, wie das NPC die mRNAs aus dem Kern heraus transportiert, ist noch ein Geheimnis.

„Die mRNAs sind eine der größten Frachten, die durch NPCs getragen werden, und der ganze Prozess tritt in gerade einem Bruch einer Sekunde auf,“ sagt André Hoelz, Professor von Chemie bei Caltech, ein Erbmedizinischer Forschungsinstitut- (HMRI)Forscher und ein Howard Hughes Medical Institute- (HHMI)Lehrkörper-Gelehrter. „Wie dieses arbeitet, ist gewesen eins der größten ungelösten Probleme in der Biologie.“

NPCs beziehen sich auf einige Krankheiten. Veränderungen zu den Proteinen innerhalb des Komplexes sind mit Motoneuronkrankheiten wie Amyotrophe Lateralsklerose verbunden worden (ALS), und Leute mit Chorea Huntington bekannt, um Defekte in der Funktion von ihrem NPCs zu haben.

In einer neuen Studie in der Ausgabe am 13. Juni der Natur-Nachrichtenübermittlung, des Hoelz und seiner Gruppe--angeführt durch Daniel Lin (Doktor '17), ein ehemaliger Student im Aufbaustudium bei Caltech jetzt am Whitehead Institute für biomedizinische Forschung an MIT und Sarah Cai, ein Undergraduate-Student bei Caltech--berichten Sie über den ersten Atom-schuppe Blick an den spezifischen Teilen des Menschen NPCs verantwortlich für das Fallenlassen von mRNAs weg im Zytoplasma. Damit ein mRNA durch ein NPC transportiert werden kann, muss es mit einem Kernexportfaktor, ein Baumuster mit Warnschild versehen werden kleines Protein. Dieses Warnschild ist wie eine Karte, die den mRNA den zentralen Transportkanal des NPC eintragen lässt. Sobald der mRNA die zellplasmatische Seite erreicht, muss es die Karte übergeben--andernfalls könnte sich der mRNA zurück in den Kern bewegen, und die Proteine, die er kodiert, würden nicht gemacht erhalten.

Durch eine Reihe Experimente, die Röntgenstrahlkristallographie, Biochemie, Enzymologie und andere Verfahrene mit einbeziehen, waren die Forscher in der Lage, zu zeigen, wie dieser Prozess des UNO-Mit Warnschild versehens der mRNA-Moleküle in den menschlichen Zellen zum ersten Mal arbeitet.

„Er ist, als ob wir Schnappschüsse vor hatten, und jetzt haben wir einen Film, uns genau zu zeigen, was an der molekularen Schuppe, wenn mRNAs weg in den Zytoplasma der Zelle fallen gelassen werden,“ sagt Lin geschieht.

Die neuen Ergebnisse des Teams wurden ermöglicht, indem man eine Reihe Kristallstrukturen von einigen Schlüsselproteinteile eines menschlichen NPC erhielt. Eins jener Teile wird Gle1 genannt. Die dreidimensionale Zelle dieses Proteins war vorher in der Hefe erhalten worden, aber für seine menschliche Variante so tun war eine Herausforderung geblieben. Indem sie die biochemischen Eigenschaften der Hefe Gle1 studierten, waren die Forscher in der Lage, herauszufinden, dass ein anderes Protein, genannt Nup42, gefordert wurde, um Gle1 zu stabilisieren. Dieses kennend, war das Team in der Lage, menschliches Gle1 von den Zellen in den hohen Mengen, unter Verwendung Caltechs molekularen Beobachtungsgremium beamline an der Stanford-Synchrotronstrahlungs-Lichtquelle zum ersten Mal und dann zu reinigen, erhalten seine Kristallstruktur.

„Sogar mit Milliarden Jahren der Entwicklung zwischen Hefe und Menschen, gibt es noch Aspekte unserer Bio-maschinerie, die die selben bleiben,“ sagt Lin.

Mit der Fähigkeit, menschliches Gle1 zu reinigen, stellen die Forscher über das Studieren ein, wie Veränderungen seine Zelle beeinflussen. Sie betrachteten einige spezifische Veränderungen von Gle1, das bekannt ist, auf eine Motoneuronkrankheit sich zu beziehen, die kongenitales Syndrom 1 (LCCS1) der tödlichen Zusammenziehung genannt wurde und entdeckten, dass die veränderten Versionen des Proteins nicht als Stall waren.

„Gle1 ist wesentlich, damit das Leben richtig arbeitet,“ sagt Hoelz, „so alle mögliche Veränderungen, die es veranlassen, weniger stabil zu sein werden Probleme verursachen.“

Die Forscher betrachteten dann die Zelle der Grenze Gle1 zu einem Protein, das DDX19 genannt wurde--welches für das UNO-Mit Warnschild versehen der mRNA-Moleküle verantwortlich ist, nachdem sie durch das NPC passieren. Gle1 wird gefordert, um DDX19 zu aktivieren und--bis jetzt--es wurde gedacht, dass ein kleines Molekül Inosit hexaphosphate (IP6) wirkte wie eine Leine zwischen Gle1 und DDX19 rief und die Aktivierung auftreten ließ.

„Wir fanden, dass IP6 nicht in den Menschen gefordert wurde, und die war eine Überraschung, weil es in der Hefe gefordert wird, und Abhängigkeit IP6 wurde vorher geglaubt, um über allen Spezies aufzutreten,“ sagt Cai. „Während es etwas Ähnlichkeiten zwischen Hefe und menschlichen Proteinen gibt, gibt es auch entscheidende Unterschiede.“

Was mehr ist, die neuen Forschungszeigungen im Atom-stufigen Sonderkommando genau, wie das UNO-Mit Warnschild versehen des mRNA arbeitet. Diese Art von strukturellen Informationen konnte in der Zukunft verwendet werden, um in der Auslegung von therapeutischen Drogen für Motoneuronkrankheiten zu helfen.

Hoelz sagt, dass Lin und Cai wirklich Erwartungen für diese Forschung überschritten. „Sie wollten neues etwas entdecken, und sie gehörten weit über zu dieses Projekt,“ sagt er. „Sie ließen es geschehen. Dieses ist ein Caltech-Moment.“

Quelle: http://www.caltech.edu/