倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）的科學(xué)家們揭示了核孔的具體結(jié)構(gòu)，展示了細(xì)胞核保護(hù)遺傳物質(zhì)維持正常細(xì)胞功能的重要機(jī)制。這項(xiàng)研究將有助于人們開發(fā)抗病毒新藥，改良基因治療的遞送途徑。

細(xì)胞核是含有DNA的致密結(jié)構(gòu)，周圍有一層保護(hù)性的核膜。核膜上具有數(shù)以百計(jì)的微小通道，這些被稱為核孔的通道允許關(guān)鍵性分子進(jìn)出細(xì)胞核。

UCL的研究人員在蛙卵中研究了核孔的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，核孔就像一種特殊的篩子，可以根據(jù)分子大小及其化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行篩選。“之前人們只知道核孔有篩選作用，卻并不清楚它們的工作機(jī)制，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Dr Bart Hoogenboom說。

“研究顯示，核孔中間的蛋白纏在一起形成了一個(gè)屏障，就像一堆意大利面。這個(gè)屏障允許小分子和鹽自由通過，較大的分子（比如信使RNA）只能在分子伴侶的陪同下通過。這些分子伴侶就是核轉(zhuǎn)運(yùn)受體，它們能夠松開蛋白屏障，幫助較大的分子通過核膜。這樣的事件每秒能發(fā)生幾千次，”文章的另一位領(lǐng)導(dǎo)者Dr Ariberto Fassati說。

之前科學(xué)家們知道，控制分子進(jìn)出的是核孔形狀及其中間的蛋白結(jié)構(gòu)，但他們并不了解核孔的具體工作機(jī)制。有些理論認(rèn)為核孔相當(dāng)于一把刷子，也有些理論認(rèn)為核孔像一個(gè)篩子。

研究人員用原子力顯微鏡（AFM）對核孔進(jìn)行了深入研究。就像盲人用手指感知盲文一樣，原子力顯微鏡在樣本表面移動一個(gè)微小的針尖，感知樣本的形狀和硬度。選擇這個(gè)技術(shù)是因?yàn)楹丝讓τ诠鈱W(xué)顯微鏡來說太小了，對于X射線晶體學(xué)技術(shù)而言又太靈活多變了。

“與光學(xué)顯微鏡相比，AFM能揭示更小的結(jié)構(gòu)，”Dr Hoogenboom解釋道。“這個(gè)技術(shù)的竅門在于，施加足夠的壓力感知樣本，同時(shí)又不破壞它。這是一個(gè)緩慢而艱苦的過程，不過它能觀察到單個(gè)原子，達(dá)到其他方法難以企及的靈敏度。我們用這一技術(shù)成功檢測了從蛙卵細(xì)胞核剝離的核膜，揭示了核孔的具體結(jié)構(gòu)。”

這項(xiàng)研究為人們展示了核孔的獨(dú)特性質(zhì)，及其在高等生物中的具體作用。人們可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的抗病毒藥物，設(shè)計(jì)更好的基因治療策略。

“有些病毒能夠騙過核孔中間的蛋白從而進(jìn)入細(xì)胞核。更好的理解核孔，就能找到藥物阻止這樣的病毒。另外，了解核孔也有助于改善基因治療的遞送途徑，更好的跨越核孔將治療性基因送入細(xì)胞核，”Dr Fassati說。