Cell Res

核孔复合物 (NPC) 介导真核细胞中物质的双向核质转运。然而，由于其巨大的尺寸和高度动态的性质，NPC 的准确分子排列仍然是个谜。

2022年3月18日，清华大学隋森芳团队在Cell Research 在线发表题为“Near-atomic structure of the inner ring of the Saccharomyces cerevisiae nuclear pore complex”的研究论文，该研究通过单粒子冷冻电子显微镜在 3.73 Å 分辨率下确定了内环（IR 单体）不对称单元的结构，并创建了由 192 个 8 个核孔蛋白分子组成的完整 IR 的原子模型。

在每个IR单体中，中间层的Z形Nup188-Nup192复合物被内外层两个近似平行的菱形结构夹在中间，而Nup188、Nup192和Nic96将所有亚基连接起来，构成了一个相对稳定的IR单体。相比之下，完整的 IR 是通过 IR 单体之间松散和不稳定的相互作用组装而成的。这些结构与先前报道的 IR 结构信息一起揭示了 IR 单体之间的两种不同的相互作用模式以及 IR 组装中广泛的柔性连接，为 IR 的稳定性和延展性提供了结构基础。

另外，2022年3月18日，西湖大学施一公及黄高兴宇共同通讯在Cell Research 在线发表题为“Cryo-EM structure of the inner ring from the Xenopus laevis nuclear pore complex”的研究论文，该研究展示了非洲爪蟾 NPC 内环 (IR) 亚基的单粒子冷冻电子显微镜结构，平均分辨率为 4.2 Å。 Nup205 的同源二聚体位于 IR 亚基的中心，两侧是两个 Nup188 分子。Nup93 的四个分子各自将一个延伸的螺旋放入 Nup205 或 Nup188 的轴向凹槽中，共同构成中央支架。Nup62/58/54 的通道核孔蛋白异源三聚体锚定在中央支架上。六个 Nup155 分子与中央支架相互作用，并与 NDC1-ALADIN 异二聚体一起将 IR 亚基锚定到核膜和外环。稀少的亚基间接触可能允许IR的构象和直径有足够的自由度。总之，该研究结构揭示了脊椎动物 NPC IR 亚基组装的分子基础（点击阅读）。

作为真核生物和原核生物之间最显著的标志，细胞核的存在将真核细胞分成孤立的隔室。跨两膜核膜 (NE) 的大分子转运对于空间分离的转录和翻译至关重要。嵌入 NE 中的核孔复合物 (NPC) 是细胞核和细胞质之间的大量双向运输通道。自大约七十年前首次亮相以来，NPC 越来越受到研究人员的关注。

NPC 是体内最大的蛋白质组装体，由约 550-1000 个分子和约 30 种不同的核孔蛋白 (Nups) 组成，从酵母到人类的分子量为 60-120 MDa，是控制核质转运的唯一看门人。已知 NPC 的异常会导致或促进多种疾病，包括病毒感染、发育障碍、神经退行性疾病和癌症。

近年来，得益于冷冻电镜（cryo-EM）技术的创新和蛋白质纯化方法的发展，多个团队成功获取了完整的NPC样本，并确定了20-30 Å的三维（3D）图，包括酿酒酵母 NPC (scNPC)、莱茵衣藻 NPC (crNPC)、非洲爪蟾 NPC (xlNPC) 和智人 NPC (hsNPC)。然而，由于低分辨率的障碍，NPC 亚基的准确分子排列至今仍是个谜。

早期对蛋白质-蛋白质相互作用和质谱 (MS) 研究的分析表明，NPC 可以分为几个稳定的亚复合体，包括成熟的 Y 复合体、支架内环复合体、通道 nup 三聚体 (CNT) 复合体、细胞质82复合物、核质篮复合物和跨膜环复合物，进一步低聚成圆柱形结构。科学家们一直致力于解决这些亚复合体或亚基的结构，试图将完整的 NPC 结构作为拼图来实现。

酿酒酵母 NPC IR 的冷冻电镜结构（图源自Cell Research ）

然而，到目前为止，只有部分亚基片段和次要亚配合物（Y配合物除外）的部分结构已经被X射线晶体学或冷冻电镜技术直接解析。2018 年，Kim 等人通过满足来自不同分析的广泛数据，包括小角 X 射线散射 (SAXS)、光谱学、晶体学、MS、蛋白质相互作用和低分辨率冷冻电镜图，以亚纳米精度发表了酵母的综合 NPC 模型。但是，该模型显示每个亚基的方向的准确性较低。

作为NPC的核心支架，内环（IR）与胞质环、核质环和管腔环（CR、NR和LR）相连，直接参与NPC中央运输通道的形成。在这里，该研究使用单粒子冷冻电镜报告了 IR 的近原子结构，结合之前公布的结构信息，揭示了 IR 亚基之间的两种不同的相互作用模式，为了解 IR 的组装机制提供了见解。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-022-00632-y

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