O estudo desembaraça como os complexos nucleares do poro transportam mRNAs fora do núcleo

O protector ereto entre um núcleo de pilha e sua câmara principal, chamados o citoplasma, é milhares de estruturas da proteína da gigante chamadas complexos nucleares do poro, ou NPCs. NPCs é como os leões-de-chácara de um núcleo de pilha, guardando firmemente exactamente o que sai dentro e. Cada estrutura contem aproximadamente 1.000 moléculas de proteína, fazendo a NPCs algum dos complexos os mais grandes da proteína em nossos corpos. Um dos clientes os mais notáveis de NPCs é uma classe de moléculas conhecidas como o mensageiro RNAs, ou mRNAs. Estes são os mensageiros que levam instruções genéticas do núcleo ao citoplasma, onde são traduzidas então em proteínas.

Mas como o NPC transporta os mRNAs fora do núcleo é ainda um mistério.

“Os mRNAs são uma das cargas as maiores levadas com NPCs, e o processo inteiro ocorre apenas em uma fracção de um segundo,” diz André Hoelz, professor da química em Caltech, um investigador do instituto de investigação médica (HMRI) da herança, e um erudito (HHMI) da faculdade do Howard Hughes Medical Institute. “Como isto trabalha foi um dos grandes problemas não-resolvidos na biologia.”

NPCs é associado com diversas doenças. As mutações às proteínas dentro do complexo foram ligadas às doenças do neurônio de motor tais como a esclerose de lateral amyotrophic (ALS), e os povos com doença de Huntington são conhecidos para ter defeitos na função de seu NPCs.

Em um estudo novo na introdução do 13 de junho de comunicações da natureza, de Hoelz e de seu grupo--encabeçado por Daniel Lin (PhD '17), um aluno diplomado anterior em Caltech agora no Whitehead Institute para a pesquisa biomedicável no MIT, e Sarah Cai, um aluno de licenciatura em Caltech--relate o primeiro olhar da atômico-escala nos componentes específicos do ser humano NPCs responsáveis para deixar cair mRNAs fora no citoplasma. Para que um mRNA seja transportado com um NPC, deve ser etiquetado com um factor nuclear da exportação, um tipo de proteína pequena. Essa etiqueta é como um bilhete que permita que o mRNA incorpore o canal central do transporte do NPC. Uma vez que o mRNA alcança o lado citoplasmática, deve render o bilhete--se não, o mRNA poderia viajar de novo no núcleo, e as proteínas que codifica não obteriam feitas.

Com uma série de experiências que envolvem o cristalografia do raio X, a bioquímica, a enzimologia, e as outras metodologias, os pesquisadores podiam mostrar como este processo de un-etiquetar as moléculas do mRNA trabalha em pilhas humanas pela primeira vez.

“É como se nós tivemos instantâneos antes, e agora nós temos um filme mostrar nos exactamente o que acontece na escala molecular quando os mRNAs são deixados cair fora no citoplasma da pilha,” diz Lin.

Os resultados novos da equipe foram tornados possíveis obtendo uma série das estruturas de cristal de alguns componentes de proteína da chave de um NPC humano. Um daqueles componentes é chamado Gle1. A estrutura tridimensional desta proteína tinha sido obtida antes no fermento, mas fazer assim para sua variação humana tinha permanecido um desafio. Estudando as propriedades bioquímicas do fermento Gle1, os pesquisadores podiam figurar para fora que uma outra proteína, chamada Nup42, estêve exigida para estabilizar Gle1. Conhecendo isto, a equipe podia refinar pela primeira vez, e então Gle1 humano das pilhas em quantidades altas, usando o beamline molecular do obervatório de Caltech no Lightsource da radiação de Synchrotron de Stanford, obtem sua estrutura de cristal.

“Mesmo com biliões de anos de evolução entre o fermento e os seres humanos, há ainda os aspectos de nossa bio-maquinaria que permanecem os mesmos,” diz Lin.

Com a capacidade para refinar Gle1 humano, os pesquisadores ajustam-se sobre o estudo de como as mutações afectam sua estrutura. Olharam diversas mutações específicas de Gle1 conhecido para ser associado com uma síndrome congenital chamada doença 1 da contracção letal do neurônio de motor (LCCS1) e descobriram que as versões transformadas da proteína não eram como o estábulo.

“Gle1 é essencial para que a vida funcione correctamente,” diz Hoelz, “tão todas as mutações que fizerem com que seja menos estável estão indo causar problemas.”

Os pesquisadores olharam então a estrutura do limite Gle1 a uma proteína chamada DDX19--qual é responsável para un-etiquetar as moléculas do mRNA depois que passam com o NPC. Gle1 é exigido para activar DDX19, e--até aqui--pensou-se que uma molécula pequena chamou o hexaphosphate do inositol (IP6) actuou como um baraço entre Gle1 e DDX19, permitindo que a activação ocorra.

“Nós encontramos que IP6 não estêve exigido nos seres humanos, e aquela era uma surpresa porque se exige no fermento, e a dependência IP6 foi acreditada previamente para ocorrer através de toda a espécie,” diz o Cai. “Quando houver algumas similaridades entre o fermento e proteínas humanas, há igualmente umas diferenças cruciais.”

O que é mais, as mostras novas da pesquisa no detalhe do atômico-nível exactamente como a un-colocação de etiquetas do mRNA trabalha. Este tipo da informação estrutural podia ser usado no futuro para ajudar no projecto de drogas terapêuticas para doenças do neurônio de motor.

Hoelz diz que Lin e o Cai excederam realmente expectativas para esta pesquisa. “Quiseram descobrir algo novo, e foram acima e além com deste projecto,” diz. “Fizeram-no acontecer. Este é um momento de Caltech.”