Bramy komórkowe ukształtowane przez błony i metabolizm
Jądrowe kompleksy porowe (NPC) to maszyny molekularne wbudowane w błonę otaczającą jądro komórki. Służą one jako wysoce selektywne bramy, które pozwalają określonym cząsteczkom – takim jak RNA, białka i czynniki sygnalizacyjne – przemieszczać się do i z jądra, jednocześnie zatrzymując inne. „Ten ściśle regulowany przepływ jest niezbędny do ekspresji genów i podejmowania decyzji na poziomie komórkowym”, wyjaśnia koordynator projektu NPC-BUILD Alwin Koehler(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Uniwersytetu Medycznego w Wiedniu(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Austrii. „Bez NPC informacja genetyczna wewnątrz jądra zostałaby odcięta od reszty komórki”.
Badanie koszyka jądrowego
Jeden z głównych elementów NPC pozostał jednak zagadkowy: koszyk jądrowy. Jest to elastyczna, przypominająca macki struktura, która sięga do jądra i łączy NPC z wewnętrzną błoną jądrową (INM). „Nie wiedzieliśmy, w jaki sposób ten koszyk się buduje, jak pozostaje przymocowany, ani jak może wpływać na funkcję NPC – a nawet ją przeprogramowywać ”, mówi Koehler. „Niewiele było także wiadomo na temat tego, jakie rodzaje lipidów tworzą tę błonę i czy wpływają one na zachowanie porów jądrowych”. Projekt NPC-BUILD, wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), miał na celu ustalenie, czy – i w jaki sposób – koszyk jądrowy jest zakotwiczony w INM i czy metabolizm lipidów w INM bezpośrednio wpływa na jego składanie i funkcję. Aby tego dokonać, w projekcie połączono biologię strukturalną, obrazowanie żywych komórek, biologię syntetyczną i biochemię lipidów. Do nowatorskich rozwiązań należało odtworzenie zespołu koszyków NPC przy użyciu sztucznych błon, zastosowanie mikroskopii elektronowej 3D i zaprojektowanie nowych biosensorów do wizualizacji metabolizmu lipidów w INM w czasie rzeczywistym w żywych komórkach. „Narzędzia te pozwoliły nam nie tylko przeanalizować architekturę koszyka jądrowego, ale także poznać go w kontekście metabolicznym i fizycznym błony jądrowej”, dodaje Koehler.
Badanie struktury i funkcji NPC
Według Koehlera najważniejszym wnioskiem jest to, że struktura i funkcja NPC są głęboko powiązane z metabolizmem lipidów w INM. „Do takiego wniosku doprowadziło nas kilka odkryć”, wyjaśnia. „Ustaliliśmy, że poziomy nasycenia lipidami – czyli to, jak sztywna lub płynna jest błona – mają znaczący wpływ na składanie i stabilność koszyków NPC. Wykazaliśmy także, że wewnętrzna błona jądrowa jest aktywna metabolicznie. Nie tylko biernie utrzymuje ona wbudowane białka, lecz także aktywnie reguluje produkcję i magazynowanie lipidów”. Zespół zidentyfikował Nup60 jako kluczowy element kotwiczący koszyka NPC, który pełni rolę liny mocującej koszyk do INM. Interakcja ta jest wrażliwa na lipidy, tworząc bezpośredni związek molekularny między środowiskiem lipidowym a montażem koszyka NPC.
NPC jako struktury wrażliwe na lipidy
Projekt NPC-BUILD przyczynił się do wykazanie, że NPC nie są jedynie maszynami białkowymi. Są one strukturami wrażliwymi na lipidy, osadzonymi i ukształtowanymi przez metabolicznie aktywną błonę. „Metabolizm lipidów ulega zaburzeniu w wielu chorobach, w tym nowotworach, neurodegeneracji i przedwczesnym starzeniu się”, mówi Koehler. „Nasze odkrycia sugerują, że takie zakłócenia mogą mieć bezpośrednie konsekwencje dla transportu jądrowego, regulacji genów i integralności genomu – za pośrednictwem NPC”. Koszyk NPC, niegdyś uważany za pasywny dodatek, staje się zatem dynamicznym czujnikiem i integratorem stanu fizycznego i metabolicznego błony. Otwiera to nowe perspektywy dotyczące tego, w jaki sposób komórki koordynują wzrost, reakcje na stres i adaptację metaboliczną. „W ramach tego projektu opracowaliśmy narzędzia, które pozwolą innym badać błony jądrowe w dynamiczny, integracyjny sposób”, mówi Koehler. „Przyczyniliśmy się także do zmiany sposobu myślenia o otoczce jądrowej – nie jako o statycznej barierze, ale jako o żywym, adaptacyjnym interfejsie między metabolizmem komórkowym a regulacją genów”.
