施一公首次以西湖大学为第一单位发表论文：解析核孔复合物及腔环分子结构细节

来源：生物谷

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。

该研究通过冷冻电镜断层成像技术(cryo-ET)，解析了整个核孔复合物（NPC）及环绕NPC的腔环（LR）的原位结构，其中NPC复合物的胞质环（CR）、内环（IR）, 核环（NR）的分辨率分别为9.1 Å, 13.1 Å, 13.6 Å, 腔环（LR）的分辨率为15.1 Å。

细胞核膜(NE)为双层膜结构，NPC“附着”并稳定在与NE高度弯曲的部分—inner nuclear membranes (INM) 和outer nuclear membranes (ONM)的融合处。

从结构组成上来看，NPC由胞质细丝(CF), 胞质环(CR), 内环（IR), 核环(NR) 和核篮(NB)组成。在NPC复合物和NE之间的腔隙(Lumen)，还存在一个复合物，被称为腔环(LR)；LR包裹环绕着NPC，被认为是独立于NPC的一部分，起着锚定NPC到NE的作用。

X. laevis NE局部区域中NPC的三维组织

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

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

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。

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