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          大分子需要更多幫助才能穿過核孔進入細胞核

          生物物理學領域的一項新研究揭示了大分子能夠進入細胞核的能力。因此,由美因茨約翰內斯·古騰堡大學(JGU)的愛德華·萊姆克(Edward Lemke)教授領導的團隊提供了重要的見解,例如,某些病毒如何滲透到細胞核中,從而繼續擴散并感染其他病毒。他們還證明,隨著分子大小的增加以及表面上相應信號如何對此進行補償,進入細胞的運輸效率會降低。生物物理化學領域的專家萊姆克說:“我們已經對大型生物結構的運輸有了新的認識,這有助于我們開發出描述其工作原理的簡單模型。”

          核定位信號有助于快速進入

          一個典型的哺乳動物細胞大約有2,000個核孔,它們是從細胞質進入細胞核的通道,反之亦然。核膜中的這些孔充當了守門員,控制進入并拒絕進入直徑約5納米及更大的更大分子。在表面具有一定核定位序列的分子可以與核孔內的結構結合,從而使它們迅速進入核中。萊姆克解釋說:“核孔在它們可以運輸的貨物的多樣性方面非常顯著。它們將蛋白質和病毒進口到細胞核中,并將核糖核酸和蛋白質輸出到細胞質中。”“盡管該過程具有根本的生物學意義,

          考慮到這一點,作為他們項目的一部分,研究人員設計了一組大型運輸貨物。這些基于衣殼,即包圍病毒基因組的病毒中的蛋白質“殼”。然后對直徑在17到36納米之間的貨物模型進行熒光標記,以便在通過細胞的途中對其進行觀察。在其表面上沒有核定位信號的衣殼模型保留在細胞質中,并且沒有進入細胞核。隨著核定位信號數量的增加,模型衣殼在核中的積累變得更加有效。但更有趣的是,研究人員發現,衣殼越大,實現有效轉運到核中所需的核定位信號的數量就越大。

          研究小組研究了各種病毒的衣殼,包括乙肝衣殼,這是本研究中使用的最大貨物。但是,即使將核定位信號的數量增加到240個,也不會導致衣殼進入核內。這與早期對乙型肝炎病毒的研究結果相吻合,后者表明只有成熟的傳染性病毒才能夠通過核孔進入細胞核。

          合作促成了數學模型的發展

          與加拿大多倫多大學的Anton Zilman教授合作,開發了一個數學模型,以闡明運輸機制并建立決定運輸效率的主要因素。第一作者朱莉婭·帕奇(Giulia Paci)總結說:“我們簡單的兩參數生物物理模型重新創造了核運輸的要求,并揭示了大生物貨物在細胞上運輸的關鍵分子決定因素。”海德堡的歐洲分子生物學實驗室(EMBL)。

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