Lo studio disfa come i complessi nucleari del poro trasportano i mRNAs dal nucleo

La guardia diritta fra un nucleo delle cellule e la sua camera principale, chiamati il citoplasma, è migliaia di strutture della proteina di colosso chiamate complessi nucleari del poro, o NPCs. NPCs è come i buttafuori di un nucleo delle cellule, custodicenti strettamente esattamente che cosa va dentro e fuori. Ogni struttura contiene circa 1.000 molecole di proteina, rendenti a NPCs alcuno di più grandi complessi della proteina nei nostri organismi. Uno dei clienti più notevoli di NPCs è classe A di molecole conosciute come il messaggero RNAs, o mRNAs. Questi sono i messaggeri che portano le istruzioni genetiche dal nucleo al citoplasma, in cui poi sono tradotte in proteine.

Ma come il NPC trasporta i mRNAs dal nucleo è ancora un mistero.

“I mRNAs sono uno di più grandi carichi portati con NPCs ed il trattamento di tutto si presenta appena in una frazione di secondo,„ dice André Hoelz, professore di chimica a Caltech, un ricercatore dell'istituto di ricerca medica (HMRI) di eredità e uno studioso (HHMI) della facoltà di Howard Hughes Medical Institute. “Come questo funziona è stato uno di più grandi problemi non risolti nella biologia.„

NPCs è associato con parecchie malattie. Le mutazioni alle proteine all'interno del complesso sono state collegate alle malattie del motoneurone quale la sclerosi laterale amiotrofica (ALS) e la gente con la malattia di Huntington è conosciuta per avere difetti nella funzione del loro NPCs.

In un nuovo studio nell'emissione del 13 giugno delle comunicazioni della natura, di Hoelz e del suo gruppo--condutto da Daniel Lin (PhD '17), un ex dottorando a Caltech ora al Whitehead Institute per ricerca biomedica al MIT e Sara Cai, uno studente universitario a Caltech--riferisca il primo sguardo del atomico-disgaggio alle componenti specifiche dell'essere umano NPCs responsabili della caduta dei mRNAs fuori nel citoplasma. Affinchè un mRNA sia trasportato con un NPC, deve essere etichettato con un fattore nucleare dell'esportazione, un tipo di piccola proteina. Quel tag è come un biglietto che permette che il mRNA fornisca il canale centrale del trasporto del NPC. Una volta che il mRNA raggiunge il lato citoplasmico, deve cedere il biglietto--altrimenti, il mRNA potrebbe viaggiare nuovamente dentro il nucleo e le proteine che codifica non otterrebbero fatte.

Con una serie di esperimenti che comprendono la cristallografia a raggi x, la biochimica, l'enzimologia ed altre metodologie, i ricercatori potevano mostrare come questo trattamento di non-etichettatura delle molecole del mRNA funziona per la prima volta in cellule umane.

“È come se abbiamo avuti istantanee prima ed ora abbiamo un film mostrarci esattamente che cosa accade al disgaggio molecolare quando i mRNAs sono diminuiti nel citoplasma delle cellule,„ dice Lin.

I nuovi risultati del gruppo sono stati permessi ottenendo una serie di sistemi cristallini di alcuni componenti proteiche di tasto di un NPC umano. Una di quelle componenti è chiamata Gle1. La struttura tridimensionale di questa proteina era stata ottenuta già in lievito, ma agire in tal modo per la sua variante umana era rimanere una sfida. Studiando i beni biochimici di lievito Gle1, i ricercatori potevano capire che un'altra proteina, chiamata Nup42, fosse richiesta per stabilizzare Gle1. Conoscendo questo, il gruppo poteva per la prima volta e poi depurare Gle1 umano dalle celle in alta quantità, facendo uso del beamline molecolare dell'osservatorio di Caltech alla sorgente di luce di radiazione di sincrotrone di Stanford, ottiene il suo sistema cristallino.

“Anche con miliardi di anni di evoluzione fra lievito e gli esseri umani, ci sono ancora aspetti del nostro bio--macchinario che rimangono gli stessi,„ dicono Lin.

Con la capacità di depurare Gle1 umano, i ricercatori cominciano lo studio come le mutazioni danneggiano la sua struttura. Hanno esaminato parecchie mutazioni specifiche di Gle1 conosciuto per essere associato con una malattia del motoneurone chiamata sindrome congenita 1 (LCCS1) di contrattura letale ed hanno scoperto che le versioni mutate della proteina non erano come stalla.

“Gle1 è essenziale affinchè la vita funzioni correttamente,„ dice Hoelz, “così tutte le mutazioni che lo inducono ad essere meno stabile stanno andando causare i problemi.„

I ricercatori poi hanno esaminato la struttura del limite Gle1 ad una proteina chiamata DDX19--quale è responsabile dell'non-etichettatura delle molecole del mRNA dopo che attraversano il NPC. Gle1 è richiesto per attivare DDX19 e--finora--è stato pensato che una piccola molecola chiamasse il hexaphosphate dell'inositolo (IP6) agisse come una cavezza fra Gle1 e DDX19, permettendo che l'attivazione accada.

“Abbiamo trovato che IP6 non è stato richiesto in esseri umani e quella era una sorpresa perché è richiesto in lievito e la dipendenza IP6 precedentemente è stata creduta per accadere attraverso tutte le specie,„ dice il Cai. “Mentre ci sono alcune similarità fra lievito e proteine umane, ci sono egualmente differenze cruciali.„

Che cosa è più, le nuove manifestazioni di ricerca in dettaglio di livellolivello atomico esattamente come l'non-etichettatura del mRNA funziona. Questo genere di informazioni strutturali ha potuto essere usato in futuro per aiutare nella progettazione delle droghe terapeutiche per le malattie del motoneurone.

Hoelz dice che Lin ed il Cai realmente hanno superato le aspettative per questa ricerca. “Hanno voluto scoprire qualche cosa di nuovo e sono andato sopra e oltre con questo progetto,„ dice. “Lo hanno fatto accadere. Ciò è un momento di Caltech.„

Sorgente: http://www.caltech.edu/