『科技圈里那些事Y』施一公团队连发两篇预印本探秘核孔复合体结构作者丨唐一尘近日

作者丨唐一尘
近日，西湖大学施一公团队在bioRxiv接连发布两篇预印本，解析了来自非洲爪蟾核孔复合体的胞质环的近原子分辨率结构以及环绕其的腔环结构。
（注意：预印本网站bioRxiv所有论文未经同行评议）
真核生物间期细胞中，存在由二层核膜围绕的细胞核。
核膜不是一个完全封闭的膜体系，而是由内外二层核膜局部融合形成许多小孔，称为核孔，核孔及其周围的复杂结构统称核孔复合体（NPC）。
NPC担负着细胞核与细胞质之间繁忙的运输大分子或颗粒物质的任务，也是真核生物连接胞质和细胞核的唯一双向通道。
解析NPC结构有助于科学家了解蛋白和核酸进出细胞的分子机制。
非洲爪蟾又名光滑爪蟾，是南非的一种水生青蛙，是一种重要的模式生物。
研究人员分析了这种动物NPC腔环的分子结构，论文3月29日发布。

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研究人员利用冷冻电镜断层成像技术（cryo-ET），分析了来自非洲爪蟾卵母细胞的NPC腔环的结构。
而且，所观察到的腔环关键结构特征，又通过单粒子冷冻电镜技术（cryo-EM）分析得到了独立验证。

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非洲爪蟾细胞局部NPC的三维结构

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Cryo-ET和Cryo-EM的重构模型对比
结果显示，腔环包括八个蝶形亚基，每个包含两个对称翼。
每个翼由4个细长的管状体组成。在腔环亚基内， 8个原体形成了两个结构域，其中一个为Finger结构域，该结构与直接接触在内部核细胞膜（INM）和外部核细胞膜（ONM）间的融合处；另一个为Grid结构域，它是Finger结构域的坚实基础。

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通过SPA重构的LR亚基结构模型
两个邻近的腔环亚基间，通过翼的侧面边缘与对方相互作用，并由此形成了一个Bumper结构域，似乎起着缓冲邻近NPC的作用。
研究揭示了以前不为人知的腔环特征，并且有助于解释NPC的弹性性质。
在另一篇论文中，施一公等人则解析了非洲爪蟾NPC胞质环的结构，论文发布于3月28日。

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NPC具有结构可塑性，仅在细胞质环的局部分辨率达15?时才能被表征出来。
在这里，研究人员使用单粒子cryo-EM分析了非洲爪蟾NPC细胞质环，得出结构的平均分辨率5.5~7.9? 。
具体而言，结构模型核心区域平均分辨率为5.5? ，包含Nup358区域7.1? ，包含Nup214区域7.9? ，局部分辨率达到4.5? 。

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非洲爪蟾NPC细胞质环整体结构

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细胞质环原子模型
研究人员表示，这一改进的分辨率可以在大多数细胞质环组件中识别和定位二级结构元素。
每个细胞质环亚基中的两个Y复合体不仅相互作用，还与来自侧翼亚基的复合体相互作用，形成环状支架。
在每个细胞质环亚基中，包含Nup358区域包裹着两个Y复合体的茎，可能以此稳定了支架。
Nup205则连接两个Y复合体的短臂，并与邻近Y复合体的茎相联系。
而包含Nup214的区域使用一个延伸的卷曲螺旋将两个Y复合体的Nup85连接起来，并延伸到NPC的轴向孔隙中。

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细胞质环亚基cryo-EM结构
研究人员表示，这些结构有助于人们洞悉NPC组装，为搭建原子分辨率的模型提供了指导。