Хотя небольшие молекулы могут проходить через ядерные поры довольно свободно, молекулы размером более 40 кДа могут делать это эффективно только за счет связывания со специфическими белками-переносчиками, которые взаимодействуют с FG-Nups (нуклеопорины имеют повторяющиеся единицы из двух аминокислот, которыми являются фенилаланин ( которые часто обозначают как «F») и глицин, «G»), которые представляют собой белки щупалец, играющие специфические и выбирающие роли в транспортировке пор. Хотя предлагаются разные модели, то, как FG-Nups в точности участвует в транспорте ядро-цитоплазма, остается в значительной степени неизвестным.
Тем не менее, сопутствующая оценка наноскопических структур и динамики была технически невозможной, и такая ситуация преобладала во всех исследованиях клеточной биологии. Прямая визуализация динамики NPC в наноразмерном разрешении считалась «невыполнимой миссией».«Исследовательская группа из Университета Канадзавы изучила этот важный вопрос и получила революционные результаты с помощью комбинированной визуализации живых клеток с высоким разрешением, электронной микроскопии и высокоскоростной АСМ (HS-AFM), которая была разработана ими самими для исследования естественных наноскопических пространственных и временная динамика в структурах NPC в клетках рака толстой кишки.
1. Во-первых, они создали стабильные клеточные линии NPC, экспрессирующие GFP (зеленый флуоресцентный белок) и подтвержденные флуоресцентной микроскопией.
2. Затем они выделили высокоочищенную ядерную оболочку, что было подтверждено с помощью электронной микроскопии с отрицательным окрашиванием и конфокальной микроскопии.
3. Затем они начали наблюдение за пространственно-временными изменениями в миллисекундном и нанометровом масштабе структуры NPC в естественном состоянии в клетках рака толстой кишки, сочетая визуализацию живых клеток с высоким разрешением и электронную микроскопию.
4. Примечательно, что они выполнили наблюдение живой ядерной оболочки и ядерных пор с помощью HS-AFM.
Исследовательской группе из Канадзавского университета действительно удалось впервые отобразить динамику белков NPC в раковых клетках, которые являются строительными блоками ядерной поры.
MLN8237 / alisertib, индуктор апоптоза и аутофагии, в настоящее время проходит несколько клинических испытаний рака. Сообщалось, что этот препарат подавляет экспрессию и активность нуклеопоринов.
Они визуализировали нативные и обработанные лекарствами FG-Nups с помощью HS-AFM. В частности, расширенные и втянутые FG-Nups, имеющие вид паутины, были потеряны в образцах, обработанных лекарством. Исследовательская группа пришла к выводу, что с помощью HS-AFM они визуализировали деформацию и потерю барьера ядерной поры FG-Nups, что может быть первым в мире наноразмерным кодом.
Настоящее исследование, проведенное исследовательской группой из Университета Канадзавы, позволило визуализировать структуру и динамику поры ядерной мембраны в нанометровом масштабе, и было показано, что деформация и потеря порового барьера ядерной мембраны будет одним из умирающих кодов раковых клеток.
Эти открытия представляют собой новую парадигму в нашем понимании ядерного транспорта, который до сих пор оставался загадочной проблемой для всей области наномедицины и клеточной биологии. Текущие результаты основаны на выдающейся технологии био-визуализации, разработанной в Университете Канадзавы.
Это исследование имеет огромное значение для использования HS-AFM в медицине, выступая в качестве новой «наноэндоскопии» для визуализации внутриклеточных органелл (таких как ядро и ядерные поры), молекулярной динамики в раковых клетках и других заболеваниях.