清华新闻网6月5日电NPC（核孔复合体）是细胞内最重大、最复杂的份子机械之一，是介导生物年夜份子进行核质转运的独一通道，介入细胞内浩繁主要的生命勾当，其功能的杂乱可以或许引发包罗癌症在内的多种严重的疾病。最近几年来，经由过程整合冷冻电镜手艺金年会、X射线晶体学、质谱学和人工智能等手艺，NPC的三维布局正在慢慢获得解析。但是，关在其核质转运的份子机制依然是不清晰的。核糖体是NPC转运的最具代表性的生物年夜份子组装体之一，负责合成生命的根本物资——卵白质份子。核糖体的生物合成触及200多个组装因子的介入，是一个高度有序的调控进程。核糖体在成熟之前，其巨细亚基的组装起首肇端在核仁区域，随后在核仁和核质中颠末一系列的加工进程，经过NPC转运至细胞质中完成最后的成熟。最近几年来，科学家们已报导了很多核糖体前体的高分辩布局，几近涵盖了细胞核和细胞质组装阶段的首要步调。但是，今朝仍缺少核糖体前体在NPC核质转运进程中的要害布局，这极年夜地阻碍了我们对核糖体在细胞内成熟进程的理解。
5月31日，南边科技年夜学生命科学学院、冷冻电镜中间，清华年夜学生命科学学院隋森芳院士团队在国际顶尖期刊《天然》（Nature）上颁发了题为“核糖体前体年夜亚基经由过程核孔复合体的出核转运”（Nuclear export of the pre-60S particles through nuclear pore complex）的最新研究功效，该功效解析了处在NPC孔道内核糖体前体（pre-60S）的高分辩布局，展现了pre-60S经由过程NPC孔道进程中构象和构成转变，论述了NPC协助pre-60S进行出核转运的份子机制，为进一步理解NPC转运生物年夜份子的心理功能供给了主要的理论根据。
不久前，隋森芳课题组操纵冷冻电镜单颗粒手艺解析了酵母NPC的布局，把酵母NPC的内环（Inner ring，IR）布局推动到近原子分辩率3.73埃，该工作是迄今为止酵母NPC内环的最详实、最切确的布局模子。在此工作的根本上，隋森芳课题组近期在NPC内环的孔道里捕获到被转运生物年夜份子颗粒的布局信息。综合应用生物化学和冷冻电子显微学的研究手段证实，处在NPC孔道内的生物年夜份子颗粒是核质转运进程中的核糖体前体pre-60S，并将pre-60S的布局分辩率解析到2.64埃（图1a-c）。经由过程年夜量的统计学阐发，该布局第一次揭开pre-60S颗粒在经由过程NPC孔道时的行动特点。孔道中pre-60S的概况连系了迄今为止报导的几近所有转运因子，申明pre-60S的出核转运是一个十分耗能且复杂的进程（图1c-d）。布局阐发显示pre-60S在出核前后揭示出较着的差别性，首要表示为以下特点：构成上展现出年夜量组装因子和转运因子的连系与解离；布局上在L1 stalk（L1茎）、H38（核糖体RNA螺旋38）、ES27（核糖体RNA扩大片断27）和PTC（肽基转移酶中间）区域也显现出猛烈的构象转变（图2）。
图1.pre-60S在NPC孔道内的布局
图2.pre-60S在出核转运进程中的构象转变
别的，上述转运因子首要集中在pre-60S的subunit interface（亚基互作界面），经由过程与NPC孔道概况FG-repeats（苯丙氨酸-甘氨酸反复片断）的联系介导了pre-60S与NPC的彼此感化，并经由过程屏障rRNA概况的负电性增进pre-60S的出核转运。pre-60S和其概况连系的转运因子在NPC孔道内的散布注解pre-60S的subunit interface朝向并贴着核孔壁进行核质转运，并且IR（核孔复合物的内环）多是该进程中的一个质量查抄点。同时该研究还发现单个NPC孔道可以或许同时转运多个pre-60S颗粒，这类高效力的核质转运对代谢兴旺的细胞来讲也长短常需要的。基在以上研究成果，研究人员提出了关在pre-60S核质转运的模子。
图3.pre-60S颗粒经过NPC进行出核转运的份子机制
这些研究成果为进一步完美核糖体的加工成熟、深切理解NPC核质转运的壮大心理功能供给了坚实的布局根本，对核糖体和NPC两年夜热门、难点范畴的交叉研究具有重年夜的增进感化，同时对理解相干疾病的病发机制和研发响应的医治方案和特异性药物也具有主要意义。
南边科技年夜学生命科学学院、冷冻电镜中间，清华年夜学生命科学学院隋森芳院士为本文的通信作者。南边科技年夜学拜候学者、清华年夜学生命科学学院博士后李宗强和南边科技年夜学拜候学生、清华年夜学生命科学学院2021级博士生陈帅嘉彬为本文的配合第一作者。南边科技年夜学拜候学者、清华年夜学生命科学学院博士后赵亮、清华年夜学生命科学学院博士生黄国强、南边科技年夜学生命科学学院博士生徐慧勤、南边科技年夜学生命科学学院研究助理传授杨肖云、南边科技年夜学冷冻电镜中间传授王培毅、北京年夜学生命科学学院传授高宁也介入了该研究。
国度天然科学基金委、南边科技年夜学、膜生物学国度重点尝试室、清华-北年夜生命科学结合中间、北京生物布局前沿研究中间等为本研究供给了经费撑持。南边科技年夜学冷冻电镜中间为该研究相干的冷冻电镜数据搜集和处置工作供给了鼎力撑持。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06128-y
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