Zobaczono z atomową rozdzielczością budowę i funkcjonowanie wrót jądra komórkowego. Czy się stoi, czy się leży, nasze komórki pracują. Ich główna praca polega na tym, że powstają w nich białka na matrycy RNA. RNA bierze się z jądra komórkowego, gdzie powstaje dzięki przepisaniu na RNA informacji zawartej w DNA. DNA buduje chromosomy. Jest wielkie, lepkie i nigdy w sytuacji zdrowia nie opuszcza jądra komórkowego. Jest jak bezcenny zasób biblioteczny, zasób zastrzeżony. Chcesz poczytać fragmenty? Musisz zatem złożyć stosowne zamówienie, poczekać, a bibliotekarz uda się do tego specjalnego pomieszczenia, utrzymującego warunki ekstra i w białych rękawiczkach skopiuje dla Ciebie potrzebne strony. Tak to działa. Drzwi do takiego skarbca cennych woluminów są zamknięte na stałe i zabezpieczone specjalnymi mechanizmami i alarmami. Tak to też działa w komórce, a jedyną łączność chromosomów zamkniętych w jądrze ze światem zewnętrznym – w tym wypadku cytoplazmą owej komórki – zapewniają tzw. pory jądrowe. <b>Precyzyjne białkowe molekularne wrota zatopione w podwójnej błonie otacząjącej jądro komórki.</b> <br><br> Dziś uczeni z Caltech (kalifornijskiego instytutu technologicznego, jednej z najsłynniejszych instytucji naukowych na świecie) pod kierunkiem André Hoelza zbadali owe miniaturowe wrota do bibliotecznego skarbca do poziomu pojedynczych budujących je atomów. <br /><b><br /> Nikt nie obiecywał, że będzie łatwo, skoro kompleks pora jądrowego (NPC) składa się z ponad 1000 pojedynczych białek.</b> Opłacało się jednak, bo nie tylko, że grupa 24 uczonych zrobiła podwójny „wsad” do „Science” (dwa niezależne artykuły w tym samym numerze czasopisma), to są materiałem anonsowanym na okładce tygodnika pięknym plakatem przedstawiającym w kolorach złota i srebra ową jądrową porę od strony cytoplazmy komórki. A trzeba nieuczonym wiedzieć, że żaden plakat czy obraz nie robi takiego wrażenia na ścianie gabinetu szefa grupy badawczej zajmującej się naukami przyrodniczymi, jak okładki z „Science”, „Nature”, „Cell” czy „PNAS”, które w życiu miał.Choć oczywiście w owej bibliotece ważne są te schowane starodruki, a nie same wrota do nich, to jednak konsekwencje tych badań są potencjalnie ogromne. NPC jest nie tylko kluczowy dla działania komórki, ale jego niewłaściwa budowa, a zatem działanie, bierze udział w powstawaniu wielu chorób. <br><br> Mutacje w genach kodujących białka budujące NPC są odpowiedzialne za niektóre nowotwory, choroby neurodegeneracyjne i autoimmunologiczne, takie jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS) i ostra encefalopatia martwicza, a także za choroby serca, w tym migotanie przedsionków i wczesną nagłą śmierć sercową. Ponadto wiele wirusów, w tym ten odpowiedzialny za COVID–19, atakuje i wyłącza NPC w trakcie swego cyklu życiowego. <br><Br> <b>Mamy w badaniach z Caltech dwa przełomy: określenie struktury zewnętrznej powierzchni NPC i wyjaśnienie mechanizmu, dzięki któremu specjalne białka działają jak klej molekularny, który utrzymuje NPC razem. </b>Aby to wszystko zrozumieć, uczeni musieli rozwiązać odpowiednik bardzo małej trójwymiarowej układanki, używając technik obrazowania takich jak mikroskopia elektronowa i krystalografia rentgenowska na każdym kawałku układanki z osobna. <br><br> Najpierw uzyskano laboratoryjnie bakterię pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) zdolną wytwarzać wszystkie białka, z których składa się pora jądrowa w ludzkich komórkach każde z osobna w innym bakteryjnym szczepie. Bakterie – nie mając własnego jądra komórkowego, co w sposób zasadniczy odróżnia je od wszystkiego, co bakterią nie jest, czyli protistów, grzybów, roślin i zwierząt – nie ma też oczywiście własnych białek tworzących te nanostrukturę błony jądrowej. <b>Na jedno doświadczenie potrzeba było potem 1500 litrów płynnej hodowli tych zmienionych genetycznie baterii producenckich. </b>Skoro bakterie zrobiły wszystkie puzzle 3D, trzeba je było potem poskładać, testując je parami, co do czego pasuje. Następnie do pary dobierano z reszty kolejne i kolejne pasujące białko. Tak sobie myślę, warto będąc uczonym bawić się z dziećmi w takie układanki, aby nabrać doświadczenia i cierpliwości. <b>Ostateczny rezultat to: 16–białkowa „cząstka pomarańczy”, która powtarza się osiem razy, tworząc strukturę NPC od strony komórki. </b><br /><br /> Ich praca stanowiła uzupełnienie badań prowadzonych przez Martina Becka z Instytutu Biofizyki im. Maxa Plancka we Frankfurcie w Niemczech, którego zespół wykorzystał tomografię krioelektronową do wygenerowania mapy, która zapewniała kontury układanki, w której naukowcy musieli umieścić elementy. Aby przyspieszyć ukończenie układanki struktury ludzkich NPC, Hoelz i Beck wymienili się danymi ponad dwa lata temu, a następnie niezależnie zbudowali struktury całego NPC. Wyznaczone eksperymentalnie struktury fragmentów NPC z grupy Hoelza posłużyły do walidacji modelowania przez grupę Becka. Jeśli wyniki dwóch niezależnych podejść całkowicie się zgadzały, to znaczy, że … pora jądrowa wygląda właśnie tak, a nie inaczej. <br /><br /><b> Uwielbiam, gdy uczeni siedzą nad projektem kilka lat i idą „do gazety” dopiero wtedy, gdy mają w rękach już wszystko, a nie „najmniejszą jednostkę publikowalną”.</b> Wielki szacunek za to i za tak pięknę współpracę konkurujących ze sobą zespołów w poszukiwaniu prawdy.W tym drugim wspomnianym artykule zespół badawczy opisuje, w jaki sposób określił całą strukturę tego, co jest znane jako rusztowanie łącznikowe NPC – zbiór białek, które pomagają utrzymać NPC razem, jednocześnie zapewniając mu elastyczność niezbędną do otwierania i zamykania oraz dopasowywania się do przechodzących cząsteczek. Pamiętajmy, że cząsteczki RNA przygotowane do eksportu z jądra, bywają opakowane w specjalne białka i naprawdę solidnych, ale dość różnych wielkości. <br><br> <b>Te jądrowe wrota do skarbca nie są zatem sztywne, ale elastyczne.</b> Jednocześnie jednak bardzo wybiórcze. Nie wejdzie tam nic, co nie ma specjalnego sygnału – nie zna molekularnego hasła. A muszą wejść choćby powstające w cytoplazmie białka niezbędne jądru do pracy. Jak te, które kopiują DNA na RNA. <br /><br /> Aby sprawdzić swoją pracę polegającą ponownie na uzyskaniu tym razem dość elastycznych puzzli i ułożeniu ich, niczym – jak porównują sami autorzy pracy – eleganckie spaghetti, uczeni wprowadzili mutacje do genów kodujących każde z tych białek łącznikowych w żywej komórce. Ponieważ wiedzieli, jak te mutacje zmienią właściwości chemiczne i kształt określonego białka łącznikowego, czyniąc je wadliwym, mogli przewidzieć, co stanie się ze strukturą NPC komórki po wprowadzeniu tych wadliwych białek. <b>Innymi słowy, nie tylko złożyli je prawidłowo, ale też pokazali, jak błąd w konkretnym elemencie dezorganizuje całą wieloskładnikową strukturę. </b>Jest jasne dla każdego, że laboratoryjna probówka (a nawet setki kolb pozwalające wyhodować 1500 litrów bakterii na raz) to nic w porównaniu z komplikacją budowy i funkcji jednej żywej komórki.<b> Wszystko, co dostaniemy in vitro, trzeba sprawdzić in vivo. </b> <br><br> Jak objaśniają uczeni, montaż zewnętrznej powierzchni NPC pomógł również rozwiązać odwieczną tajemnicę otoczki jądrowej, systemu podwójnej błony otaczającego jądro, w której „pływają” integralne białka błonowe (IMP), pełniące różne role, w tym działają jako receptory i pomagają katalizować reakcje biochemiczne. Struktura elastycznego rusztowania łączącego NPC pozwala na tworzenie małych „rynien” wokół jego zewnętrznej krawędzi, które pozwalają IMP prześlizgiwać się obok NPC z jednej strony otoczki jądrowej na drugą, podczas gdy zawsze pozostając osadzone w samej błonie. <br /><br /> „Po ustaleniu jego struktury możemy teraz skupić się na opracowaniu podstaw molekularnych funkcji NPC, takich jak sposób eksportu mRNA i przyczyny wielu chorób związanych z NPC w celu opracowania nowatorskich terapii” – podsumowuje prof. Hoelz swą opowieść dla biura prasowego Caltech.<b> To jest naprawdę duża rzecz, i cieszy. </b>