Cancelli dinamici a guardia del nucleo cellulare
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Uno studio internazionale guidato dall'Università di Basilea dimostra che i complessi dei pori nucleari - minuscoli passaggi nella membrana del nucleo cellulare - non sono rigidi o simili a gel, come si riteneva in precedenza. Il loro interno è organizzato dinamicamente, in continuo movimento e cambiamento. Questi risultati cambiano la nostra comprensione di un importante processo di trasporto nelle cellule e hanno implicazioni per le malattie e le possibili terapie.
Il nucleo cellulare assomiglia a un caveau di una banca, protetto dai complessi dei pori nucleari (NPC) come un sistema di sicurezza altamente sviluppato. Solo le proteine con la giusta "chiave" - speciali fattori di trasporto - hanno accesso esclusivo. In questo modo, il sistema controlla quali sostanze entrano o escono dal nucleo cellulare. Questo stretto controllo è essenziale per garantire una comunicazione fluida tra il genoma protetto all'interno e le macchine cellulari all'esterno.
Nuove conoscenze biologiche grazie alle nanoscienze
Nonostante la loro importanza, il funzionamento interno dei complessi dei pori nucleari è ancora un mistero. Il loro canale di trasporto è rivestito da filamenti proteici altamente flessibili - le nucleoporine FG (FG Nups). Essi formano una barriera selettiva la cui struttura ultra-fine rimane nascosta anche ai più potenti microscopi elettronici. Poiché le FG Nup possono formare strutture simili a gel all'esterno delle cellule, vecchi modelli hanno paragonato la funzione dei complessi dei pori nucleari a quella di un setaccio rigido.
Ora, un team guidato dal Prof. Dr. Roderick Lim, professore Argovia di nanobiologia presso il Biozentrum e l'Istituto svizzero di nanoscienze dell'Università di Basilea, ha utilizzato la microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) per filmare movimenti mai visti prima su scala nanometrica con una risoluzione di millisecondi direttamente all'interno dei pori. I ricercatori hanno ora pubblicato la loro scoperta dell'insolita ristrutturazione all'interno dei complessi dei pori nucleari sulla rivista "Nature Cell Biology".
"La barriera del complesso dei pori nucleari è organizzata in modo lasco da una spina centrale mobile, i cui componenti sono stati a lungo enigmatici. Si è scoperto che consiste in una miscela dinamica di fattori di trasporto, molecole di carico e FG-Nups che si mescolano lungo l'asse centrale del poro. Questo crea un sistema altamente adattabile che rafforza la barriera garantendo al contempo un rapido trasporto selettivo", spiega Lim.
Nuotare con la corrente
Il team ha scoperto questa organizzazione dinamica studiando i complessi dei pori nucleari delle cellule di lievito. I filmati AFM ad alta velocità che ne sono risultati hanno mostrato anche i movimenti fluidi dei nup FG che si "irradiano" verso la spina centrale all'interno del poro.
"Quando abbiamo osservato complessi di pori nucleari isolati per lunghi periodi di tempo in condizioni controllate, il tappo centrale dei complessi di pori nucleari è scomparso. Quando abbiamo aggiunto nuovamente i fattori di trasporto nucleare, si è formato di nuovo", riferisce il dottor Toshiya Kozai, primo autore dello studio. È sorprendente che i fattori di trasporto abbiano anche ripristinato una funzione di barriera simile a quella dei complessi di pori nucleari nei nanopori artificiali, un'indicazione della generalità di questo meccanismo".
Gli idrogel assomigliano a spugne con buchi
I complessi di pori nucleari sono spesso paragonati agli idrogel. "Questo perché i nup FG formano idrogeli in vitro, cioè in provetta, ma sono migliaia di volte più grandi dei complessi di pori nucleari. Tuttavia, sono costituiti da strutture fibrose aggrovigliate che sono semplicemente troppo grandi per entrare in un complesso di pori nucleari, per non parlare dell'intero corpo dell'idrogel", spiega Lim.
"Quando abbiamo esaminato gli idrogel più da vicino, abbiamo scoperto che erano pieni di buchi di forma e dimensioni irregolari, come una spugna da cucina. Molti di questi fori avevano le dimensioni di complessi di pori nucleari o addirittura più grandi. Potrebbero simulare un comportamento simile a quello dei complessi di pori nucleari".
Sfide per il futuro
Il comportamento dinamico e autoassemblato rivelato dallo studio fornisce una visione unificata dei complessi di pori nucleari, coerente con le osservazioni strutturali e biochimiche di lunga data, con implicazioni che vanno dalla biologia cellulare di base alla progettazione di filtri intelligenti e sistemi di somministrazione di farmaci.
La limitazione dello stato dinamico dei pori impedisce il trasporto selettivo nel nucleo, evidenziando l'importanza di questo comportamento per il corretto funzionamento delle cellule.
"La prossima sfida è capire come le cellule mettono a punto queste straordinarie nanomacchine in risposta a esigenze mutevoli: come i pori si adattano allo stress, regolano la crescita e, quando sono ostruiti, contribuiscono alle malattie", aggiunge il prof. Michael Rout della Rockefeller University, che ha co-diretto il lavoro.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Toshiya Kozai, Javier Fernandez-Martinez, Larisa E. Kapinos, Paola Gallardo, Trevor van Eeuwen, Martin Saladin, Roi Eliasian, Adam Mazur, Wenzhu Zhang, Jeremy Tempkin, Radhakrishnan Panatala, Maria Delgado-Izquierdo, Raul Escribano-Marin, Qingzhou Feng, Chenxiang Lin, Andrej Sali, Brian T. Chait, Barak Raveh, Liesbeth M. Veenhoff, Michael P. Rout, Roderick Y. H. Lim; "Karyopherins remodel the dynamic organization of the nuclear pore complex transport barrier"; Nature Cell Biology, 2025-12-2
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