重大突破 | 施一公团队首次以西湖大学为第一单位发表研究成果：重新构建核孔复合物腔环的分子结构细节

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核孔复合物（NPC）介导真核细胞中核与细胞质之间物质的流动。核孔复合物（NPC）是细胞中最大的超分子复合物之一，在酵母中的总质量约为50 MDa，在高等真核生物中的总质量约为110-125 MDa。 核孔复合物（NPC）的蛋白质成分被称为核孔蛋白（Nup）。一个核孔复合物（NPC）大约有34个不同的核孔蛋白，其中大多数在不同的生物体中是保守的，每个核孔蛋白都有多个副本。但是，对于核孔复合物的腔环（LR）结构，不是很清楚。2020年5月4日，施一公团队(西湖大学为第一单位)在Cell Research 在线发表题为”Molecular architecture of the luminal ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex“的研究论文，该研究报告了非洲爪蟾卵母细胞的NPC的腔环（LR）的冷冻电子断层扫描（cryo-ET）结构。LR的观察到的关键结构特征可通过单粒子低温电子显微镜（cryo-EM）分析独立确认。该研究揭示了LR以前未知的特征，并可能解释了NPC的弹性。

所有真核细胞的标志是核被膜（NE），其将储存遗传物质的核质与细胞质分开，而核质RNA则被翻译成具有多种功能的蛋白质。核孔复合物（NPC）介导转录和翻译以及许多其他细胞过程所需的所有物质的核质穿梭。核孔复合物（NPC）与核被膜（NE）的高度弯曲部分相关联并使其稳定，即内部（INM）和外部核膜（ONM）。

X. laevis NE局部区域中NPC的三维组织(图源自Cell Research )

核孔复合物（NPC）是细胞中最大的超分子复合物之一，在酵母中的总质量约为50 MDa，在高等真核生物中的总质量约为110-125 MDa。 核孔复合物（NPC）的蛋白质成分被称为核孔蛋白（Nup）。一个核孔复合物（NPC）大约有34个不同的核孔蛋白，其中大多数在不同的生物体中是保守的，每个核孔蛋白都有多个副本。

X射线结构揭示了有关核孔复合物各个组成部分和亚复合物的大量信息。这些信息，连同EM和其他研究一起，得出了核孔复合物的三维模型。核孔复合物沿核质轴具有八倍对称性，在核被膜平面中具有伪双重对称性。提议NPC的支架包括一个细胞质环（CR），一个内环（IR）和一个核环（NR）。细胞质细丝和核篮分别连接到CR和NR。

 LR的观察到的关键结构特征可通过单粒子低温电子显微镜（cryo-EM）分析独立确认(图源自Cell Research )

腔环（LR），顾名思义，位于核被膜的管腔内，并在膜融合部位围绕NPC。腔环通过核膜与NPC的所有其他成分分开，并可能在将NPC锚定到NE方面发挥了作用。先前的EM和ET研究表明，LR几乎没有可描述的特征，LR的整体组织，结构特征和功能机制仍然十分神秘。

由于其位置，LR被推测为由完整的膜蛋白组成。在脊椎动物的Nups中，仅发现四种是完整的膜蛋白：具有单个跨膜螺旋（TM）的GP210（酵母中的Pom152），单个跨膜螺旋（TM）的POM121，NDC1和TMEM33每个都有六个预测的TM。GP210是唯一一个在脊椎动物中具有足够大的管腔结构域的Nup，用于在管腔中形成环支架。

该研究报告了非洲爪蟾卵母细胞的NPC的腔环（LR）的冷冻电子断层扫描（cryo-ET）结构。LR的观察到的关键结构特征可通过单粒子低温电子显微镜（cryo-EM）分析独立确认。

Bumper结构域可能会缓冲相邻的NPC(图源自Cell Research )

LR包括八个蝴蝶形的亚基，每个亚基包含两个对称的"翅膀"。每个"翅膀"由四个细长的管状前叉组成。在LR亚基内，八个 protomers形成了一个Finger结构域。两个相邻的LR亚基通过其"翅膀"的侧向边缘彼此相互作用，构成了一个Bumper域，该结构显示两个主要构象并似乎在缓冲相邻的NPC。该研究揭示了LR以前未知的特征，并可能解释了NPC的弹性。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-020-0320-y

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