סביבות סלולריות מעצבות את הארכיטקטורה המולקולרית: חוקרים מציירים תמונה שלמה יותר של מבנה הנקרא קומפלקס הנקבוביות הגרעיניות על ידי לימודו ישירות בתוך התאים.

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


הקשר חשוב. זה נכון לגבי היבטים רבים של החיים, כולל המכונות המולקולריות הזעירות המבצעות פונקציות חיוניות בתוך התאים שלנו.

מדענים מטהרים לעתים קרובות רכיבים סלולריים, כגון חלבונים או אברונים, על מנת לבחון אותם בנפרד. עם זאת, מחקר חדש שפורסם ב -13 באוקטובר בכתב העת טֶבַע עולה כי פרקטיקה זו יכולה לשנות באופן דרסטי את המרכיבים המדוברים. החוקרים תכננו שיטה לחקר מבנה גדול בצורת סופגנייה הנקרא מתחם הנקבוביות הגרעיניות (NPC) ישירות בתוך התאים. תוצאותיהם גילו שלנקבובית יש ממדים גדולים יותר מכפי שחשבו בעבר, והדגישו את חשיבות הניתוח של מולקולות מורכבות בסביבות מולדתן.

"הראינו שלסביבה הסלולרית יש השפעה משמעותית על מבנים גדולים כמו NPC, דבר שלא ציפינו לו כשהתחלנו", אומר תומאס שוורץ, פרופסור בוריס מגסאניק לביולוגיה והכותב הבכיר של המחקר. . "מדענים חשבו באופן כללי שמולקולות גדולות יציבות מספיק כדי לשמור על תכונות היסוד שלהן בתוך התא ומחוצה לו, אך הממצאים שלנו הופכים את ההנחה הזו לראש".

באיקריוטים כמו בני אדם ובעלי חיים, רוב ה- DNA של התא מאוחסן במבנה מעוגל הנקרא גרעין. אברון זה מוגן על ידי המעטפת הגרעינית, מחסום הגנה המפריד בין החומר הגנטי בגרעין לנוזל העבה הממלא את שאר התא. אך המולקולות עדיין צריכות דרך להיכנס ולצאת מהגרעין על מנת להקל על תהליכים חשובים, כולל ביטוי גנים. כאן נכנסת ה- NPC. מאות – לפעמים אלפי – נקבוביות אלה מוטמעים במעטפת הגרעין, ויוצרים שערים המאפשרים לעבור למולקולות מסוימות.

המחבר הראשון של המחקר, לשעבר הפוסט -דוקטור אנתוני שולר, משווה NPC לשערים באצטדיון ספורט. "אם אתה רוצה לגשת למשחק בפנים, אתה צריך להציג את הכרטיס שלך ולעבור דרך אחד השערים האלה", הוא מסביר.

NPC עשוי להיות זעיר בסטנדרטים אנושיים, אך זהו אחד המבנים הגדולים בתא. הוא מורכב מכ -500 חלבונים, מה שהפך את המבנה שלו לאתגר לניתוח. באופן מסורתי, מדענים חילקו אותו למרכיבים בודדים כדי לחקור אותו באופן חלקי בשיטה הנקראת קריסטלוגרפיה של רנטגן. לדברי שוורץ, הטכנולוגיה הנדרשת לניתוח NPC בסביבה טבעית יותר הפכה לזמינה רק לאחרונה.

יחד עם חוקרים מאוניברסיטת ציריך, השתמשו שולר ושוורץ בשתי גישות מתקדמות כדי לפתור את מבנה הנקבוביות: כרסום יונים ממוקד קריו (cryo-FIB) וטומוגרפיה קריו-אלקטרונים (cryo-ET).

תא שלם עבה מכדי להסתכל עליו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים. אך החוקרים חתכו תאי מעי גס קפואים לשכבות דקות באמצעות ציוד cryo-FIB השוכן במרכז MIT.nano למיקרוסקופיה אלקטרונים קריוגנית אוטומטית ובמתקן הליבה של חומרי ננו-טכנולוגיה של מכון קוך (1957). בכך צילם הצוות חתכים של התאים שכללו NPCs, במקום להסתכל על NPCs במנותק.

"הדבר המדהים בגישה הזו הוא שבקושי ניהלנו את התא בכלל", אומר שוורץ. "לא הפריענו למבנה הפנימי של התא. זו המהפכה".

מה שראו החוקרים כשהסתכלו על תמונות המיקרוסקופיה שלהם היה שונה לגמרי מתיאורים קיימים של ה- NPC. הם הופתעו לגלות כי מבנה הטבעת הפנימי ביותר, המהווה את הערוץ המרכזי של הנקבובית, רחב בהרבה ממה שחשבו בעבר. כאשר הוא נשאר בסביבתו הטבעית, הנקבובית נפתחת עד 57 ננומטר – מה שמביא לעלייה של 75% בנפח בהשוואה לאומדנים קודמים. הצוות הצליח גם לבחון מקרוב כיצד המרכיבים השונים של ה- NPC עובדים יחד כדי להגדיר את ממדי הנקבוביות ואת הארכיטקטורה הכוללת.

"הראינו שהסביבה הסלולרית משפיעה על מבנה ה- NPC, אך כעת עלינו להבין כיצד ומדוע", אומר שולר. הוא לא מוסיף לטהר את כל החלבונים, כך שהשילוב של cryo-ET ו- cryo-FIB יהיה שימושי גם לבחינת מגוון רכיבים סלולריים אחרים. "גישה כפולה זו פותחת הכל."

"העיתון ממחיש יפה כיצד ההתקדמות הטכנית, במקרה זה טומוגרפיה קריו-אלקטרונים על תאים אנושיים טחונים בקרן יונים ממוקדת קריו, מספקת תמונה חדשה של מבנים סלולריים", אומר וולפרם אנטונין, פרופסור לביוכימיה באוניברסיטת RWTH באאכן בגרמניה, לא היה מעורב במחקר. העובדה שקוטרו של ערוץ ההובלה המרכזי של ה- NPC גדול מכפי שחשבו בעבר רומזת כי הנקבובית עשויה להיות בעלת גמישות מבנית מרשימה. "זה עשוי להיות חשוב שהתא יסתגל לדרישות התחבורה המוגברות", מסביר אנטונין.

לאחר מכן, שולר ושוורץ מקווים להבין כיצד גודל הנקבובית משפיע על אילו מולקולות יכולות לעבור. לדוגמה, מדענים קבעו רק לאחרונה שהנקבובית גדולה מספיק כדי לאפשר וירוסים שלמים כמו HIV לגרעין. אותו עיקרון חל על טיפולים רפואיים: רק תרופות בגודל מתאים עם תכונות ספציפיות יוכלו לגשת ל- DNA של התא.

שוורץ סקרן במיוחד לדעת אם כל NPCs נוצרים שווים, או אם המבנה שלהם שונה בין מינים או סוגי תאים.

"תמיד ניהלנו תאים והוצאנו את המרכיבים הבודדים מהקשרם הילידי", הוא אומר. "כעת אנו יודעים שלשיטה זו עשויות להיות השלכות גדולות בהרבה ממה שחשבנו."

.



קישור לכתבת המקור – 2021-10-15 18:12:07

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר