Ученые раскрыли механизм работы клеточных «таможен»

Морфология центрального транспортера и пространственные маршруты транспорта. Автор: Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507559122

Международная группа ученых создала самую детальную модель, объясняющую, как клетки контролируют поток материалов между ядром и цитоплазмой. Это открытие, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, проливает свет на процесс, нарушения в котором приводят к раку, вирусным инфекциям и нейродегенеративным заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера и БАС.

Исследование сосредоточено на ядерных порах — крошечных, но сложных «таможенных пунктах», которые управляют всем трафиком между ядром клетки и ее цитоплазмой.

«Представьте ядерные поры как крошечные, но высокотехнологичные контрольно-пропускные пункты, — объяснил доктор Барак Равех из Еврейского университета в Иерусалиме. — Каждый из них размером примерно в одну пятисотую ширины человеческого волоса, но он пропускает миллионы молекул в минуту, отсеивая остальные, и делает это с замечательной точностью».

Решение давней загадки

Десятилетиями ученые не могли понять, как эти молекулярные ворота могут быть одновременно быстрыми и избирательными. Новая модель объединила годы фрагментарных экспериментальных данных и теоретических представлений в единую вычислительную структуру.

Вместо механических ворот или гелевого сита с фиксированными размерами пор, модель выявила 10 молекулярных особенностей конструкции, работающих вместе. Ключевым является концепция энтропийного барьера, создаваемого гибкими белковыми цепями FG-повторов.

Внутренность поры образует плотный, динамичный «лес» из этих цепей. В этом постоянно движущемся пространстве постоянно появляются и исчезают временные проходы, позволяя малым молекулам диффундировать, но статистически затрудняя проход крупным.

Большие молекулярные грузы получают пропуск, если их сопровождают ядерные транспортные рецепторы — специализированные молекулярные «паспорта». Они преодолевают энтропийный барьер, совершая множество быстрых, временных «рукопожатий» с FG-цепями.

«Поскольку эти FG-цепи постоянно в движении и занимают пространство, они создают переполненную, беспокойную среду, — сказал профессор Майкл Раут из Университета Рокфеллера. — Механизм транспорта можно представить как обширный, постоянно меняющийся танец на мосту. FG-повторы образуют динамичную, движущуюся толпу, которая позволяет пройти только тем, у кого есть правильные партнеры по танцу — ядерные транспортные рецепторы».

От молекул к медицине

Модель объясняет, как ядерные поры могут пропускать огромные молекулярные комплексы, блокируя более мелкие. Это понимание открывает новые возможности для терапевтических вмешательств и биотехнологических применений.

Профессор Дэвид Коубёрн из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна добавляет, что результаты имеют «непосредственное значение для понимания заболеваний, при которых нарушается ядерный транспорт, включая БАС, болезнь Альцгеймера и рак».

Модель также может служить основой для создания искусственных нанопор, синтетических версий ядерных пор, которые могут революционизировать биотехнологию — от целевой доставки лекарств до биосенсорики.

Больше информации: Barak Raveh et al, Integrative mapping reveals molecular features underlying the mechanism of nucleocytoplasmic transport, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2507559122