Science：施一公团队构建目前为止世界上最精确的脊椎动物NPC胞质环结构模型

2022-06-13

大约在12～16亿年前，原始的真核细胞出现。除细菌和蓝藻外，真核生物几乎涵盖了所有动物和植物，当然也包括人类。在真核细胞的微观世界中，核孔复合物（nuclear pore complex, NPC）是其中最庞大、最复杂的分子机器之一，也是在核膜上负责物质双向运输的唯一通道，其功能异常与包括癌症在内的多种疾病的发生联系在一起。NPC的高分辨率结构解析一直被视为结构生物学界的“圣杯”之一。2022年6月10日，西湖大学施一公团队在Science上在线发表了题为“Structure of the cytoplasmic ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex”的最新研究成果，报道了目前分辨率最高的NPC中胞质环（CR）亚基的结构。此前，该团队已成功解析了NPC中核质环（NR）和内环（IR）的高分辨结构，加上此次解析的CR亚基结构，三者共同构成了目前为止最详细且最精确的NPC支架结构模型，为理解脊椎动物NPC的组成、结构、组装以及功能提供了坚实的基础。同时，该模型还提供了多个疾病相关的基因突变在NPC中的位置信息，为疾病诊断以及后续药物开发提供了宝贵的依据。NPC镶嵌于细胞核的双层核膜（nuclear envelope, NE）之上，在从细胞质到细胞核的方向上，主要由胞质丝（cytoplasmic filaments, CF）、CR、IR、腔环（luminal ring, LR）、NR和核篮（nuclear basket, NB）组成。其中，CR、IR和NR构成NPC最稳定的支架部分，是结构生物学领域关注的重点。NPC的结构示意图由于NPC分子具有巨大的尺寸和结构柔性，获得完整NPC支架的高分辨率结构具有极高难度。该团队创新性地利用倾转样品台的办法对包埋在核膜中的完整NPC分子进行研究。通过将NPC支架部分拆分成CR、IR和NR三个环状结构，并在各个环内进一步拆分成各个稳定区域，分别进行颗粒对中和三维重构，团队最终获得了迄今为止分辨率最高的核孔复合物CR亚基的冷冻电镜结构，分辨率达3.7-4.7 Å。同时，该团队还利用重组表达技术和单颗粒冷冻电镜分析手段，将Nup358的N端结构域解析至3.0 Å分辨率。以这些重构结果为基础，该团队最终搭建了迄今为止最完整且最精确的CR结构模型。该模型中CR亚基的主体由两个Y复合物组成，此外还包含五个Nup358、两个Nup205和两个Nup93分子。在Y复合物中，新解析的Nup160的C端片段作为组织中心，在介导三条臂汇集上起着重要作用。而Nup358、Nup205和Nup93在辅助以及稳定CR骨架的组装过程中起着重要的作用。CR亚基的单颗粒冷冻电镜结构施一公团队已深耕NPC结构领域多年。2020年5月至今，该团队先后在Cell Research发表多篇研究论文，报道了非洲爪蟾卵母细胞的 NPC 的腔环（LR）、胞质环（CR）、核质环（NR）、内环（IR）的冷冻电镜结构。他们克服多项技术障碍，从初步确认整体结构再到深入刻画复合物细节，逐步揭开了核孔复合物的神秘面纱。NPC支架的结构模型论文链接：https://www-science-org.libproxy1.nus.edu.sg/doi/10.1126/science.abl8280

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机构

适应症

肿瘤鼻咽癌

靶点