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冷凍電子顯微鏡技術(shù)（cryo-electron microscopy）是生物物理界最熱的話題之一。隨著這項技術(shù)的進(jìn)步，我們不需要再辛辛苦苦地預(yù)測蛋白質(zhì)的構(gòu)象，只要拍一張“照片”就能知道蛋白質(zhì)乃至蛋白質(zhì)復(fù)合體相對真實的結(jié)構(gòu)。譬如下面這張圖，就是一個復(fù)雜的蛋白復(fù)合體的精細(xì)三維結(jié)構(gòu)圖，分辨率可達(dá)20 ?——它發(fā)表在近期的《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上。

圖中所拍攝的是核孔復(fù)合體（Nuclear Pore Complexes, NPCs），生物體內(nèi)最復(fù)雜的蛋白質(zhì)復(fù)合體之一，它由多達(dá)三十多種不同的蛋白質(zhì)共同構(gòu)建而成，依賴傳統(tǒng)技術(shù)顯然無法得到它的準(zhǔn)確構(gòu)象。不過通過冷凍電鏡技術(shù)，研究人員成功還原了該復(fù)合體的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

細(xì)胞核是真核細(xì)胞儲存遺傳物質(zhì)DNA的場所，同時也是DNA轉(zhuǎn)錄成為RNA，行使功能的地方。位于細(xì)胞核核膜之上的核孔復(fù)合體則是細(xì)胞核的大門，掌管著諸多大小分子的出入。細(xì)胞核內(nèi)合成的mRNA需要通過核孔才能進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，而再細(xì)胞質(zhì)中合成地部分蛋白質(zhì)又要通過核孔才能重新進(jìn)入細(xì)胞核。這些大分子的運(yùn)輸有很高的特異性，以那些能夠進(jìn)入細(xì)胞核的蛋白質(zhì)為例，它們的C端都有一段特定的核定位序列（Nuclear Localization Sequence，NLS）。

我們很早就知道細(xì)胞核的核孔大體由內(nèi)環(huán)、外環(huán)和輻組成，朝向細(xì)胞核內(nèi)側(cè)的部分還接有“核籃”結(jié)構(gòu)，外側(cè)也有纖維狀蛋白附著，但是對于核孔復(fù)合體的精細(xì)結(jié)構(gòu)缺乏足夠的認(rèn)識。蘇黎世大學(xué)教授奧哈德·梅達(dá)利亞（Ohad Medalia）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊利用冷凍電子顯微鏡技術(shù)觀察了冷凍細(xì)胞核上的核孔，這些細(xì)胞核來自非洲爪蟾的卵。這篇論文中報道的是核孔復(fù)合體核心部分的結(jié)構(gòu)，不包括內(nèi)外的核籃和纖維，僅包括核孔的支撐部分以及核孔中心負(fù)責(zé)分子進(jìn)出的部分。

根據(jù)這樣的圖像資料，研究人員提出了核孔如何控制大分子物質(zhì)出入的新模型。他們認(rèn)為，核孔中央部分的蛋白質(zhì)會在信號分子的作用下改變構(gòu)造，讓核孔擴(kuò)大，從而使得核孔張開，允許相應(yīng)的分子從中穿過。

除了加深我們對于核孔作用分子機(jī)制的了解之外，這項研究在醫(yī)學(xué)方面還有一定的意義——腸癌、卵巢癌、甲狀腺等疾病都會導(dǎo)致核孔功能的失效，而這項研究也將使我們對癌癥的認(rèn)識更近一步。

http://www.guokr.com/article/440470/