L'organisation des pores nucléaires enfin dévoilée
Le rôle manifeste des pores nucléaires comme gardiens du noyau et les mécanismes impliqués dans les échanges moléculaires à ce niveau sont relativement bien documentés. Par contre, les mécanismes responsables de leur rôle essentiel pour l'organisation de la chromatine, la régulation de l'expression génétique et l'apparition de certaines pathologies comme la leucémie, et qui vont bien au-delà du simple transport moléculaire, sont encore mal connus. La compréhension de ces mécanismes exige une meilleure connaissance de la structure et de l'organisation des complexes formant ces pores nucléaires. C'est justement l'objectif que s'est fixé le projet NPCCRYOET (A combined approach of cryo-electron tomography and protein tagging for elucidating the structural organization of the human nuclear pore complex), financé par l'UE. Les CPN sont essentiellement constitués de plusieurs copies de près de trente différentes molécules peptidiques que l'on appelle les nucléoporines (CPPN, pour complexe protéique du pore nucléaire) et qui sont organisées en sous-complexes répétitifs. La manière dont ces sous-complexes sont assemblés pour former la structure du CPN reste encore mystérieuse et la résolution de cette question représente un défi technique important. Les méthodes actuelles utilisant les techniques bidimensionnelles d'immuno-marquage à l'or colloïdal et la cryotomographie électronique (cryo-ET) ne possèdent pas la résolution nécessaire permettant d'identifier le positionnement exact des sous-complexes protéiques dans la structure tridimensionnelle des complexes de pores nucléaires. La cryotomographie permet la visualisation des échantillons biologiques hydratés et congelés sans les altérer par d'autres techniques de préparation plus brutales. Elle a permis de mieux comprendre la structure des pores mais sa résolution moléculaire n'est pas suffisante au niveau atomique. Les chercheurs du projet ont amélioré les méthodes de fractionnement subcellulaire des échantillons et la cryo-préparation des enveloppes nucléaires isolées pour la cryotomographie. Ils ont développé une technique à très haut débit d'acquisition et de pondération des sous-tomogrammes qui permet la localisation des protéines du complexe et la visualisation de l'architecture moléculaire des CPN. En combinant cette technique et des protocoles d'inactivation génétique de certaines nucléoporines, l'équipe a pu obtenir la structure du complexe du pore nucléaire chez l'homme et la localisation du sous-complexe Nup214 avec une résolution d'environ 4 nm. Les chercheurs ont de plus ajusté la structure du sous-complexe Nup107 dans la structure globale du complexe et ont montré que 32 copies du sous-complexe Nup107 s'assemblaient pour former deux anneaux réticulaires, l'un à la surface cytoplasmique du complexe du pore nucléaire et l'autre faisant face au noyau. Ces résultats extraordinaires ouvrent la voie à la résolution d'un mystère qui a intrigué les scientifiques depuis des décennies. Ils ouvrent des opportunités pour résoudre des questions comme l'assemblage des complexes de pores nucléaires, le transport nucléaire et l'organisation structurelle de ces pores, toutes questions qui auront un impact important sur la santé et l'émergence de nouveaux traitements thérapeutiques.
Mots‑clés
Sous-complexe, cryotomographie électronique, marquage protéique, complexe des pores nucléaires, nucléoporines