生物物理学：天然変性タンパク質からなる核輸送装置のin situでの可視化

哺乳類の約120 MDaの核膜孔複合体（NPC）は、核と細胞質ゾルの間の物質輸送のゲートキーパーとして機能している。NPCの中央チャネルは、フェニルアラニン・グリシン-ヌクレオポリン（FG-NUP）と呼ばれる、数百の天然変性タンパク質（IDP）で満たされている。このNPC足場の構造は非常に詳細に解明されているが、FG-NUPによって構築された実際の輸送装置（約50 MDa）は、高分解能の断層撮影像および/あるいは人工知能で計算された構造でさえも、約60 nmの孔として表現されている。今回我々は、NPC内部の必須のFG-NUP98のコンホメーションについて、生細胞および透過処理を行った無傷の輸送装置を持つ細胞で、合成生物学で可能になった部位特異的小分子標識手法を、高度に時間分解された蛍光顕微鏡と組み合わせて用いることで直接調べた。透過処理を行った単一細胞におけるFG-NUP98断片の距離分布の測定値と、NPCの粗視化分子シミュレーションの組み合わせにより、ナノサイズの輸送チャネル内部の知られていなかった分子環境をマッピングすることができた。我々は、このチャネルが、フローリーのポリマー理論の用語で「良溶媒」と呼ばれる環境を提供することを明らかにした。これにより、FGドメインは伸長したコンホメーションをとることで、核と細胞質の間の輸送を制御できるようになる。プロテオームの30％以上がIDPから形成されているため、我々の研究は、細胞のシグナル伝達、相分離、老化、ウイルス侵入など、さまざまな過程で重要なIDPの天然変性構造と機能の関係をin situで解明するための窓を開く。

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