Wetenschap
Onderzoek toont aan dat zachtere eiwitten sneller de kern kunnen binnendringen
Onderzoekers van het Francis Crick Institute en King's College London hebben ontdekt dat hoe zacht of rigide eiwitten in bepaalde regio's zijn, kan bepalen hoe snel of langzaam ze de kern binnendringen.
Eiwitten moeten de kern, het controlecentrum van de cel, in en uit komen om verschillende functies te vervullen, zoals de kern vertellen bepaalde genen in of uit te schakelen. Deze eiwitten kruisen elkaar via een kanaal aan de rand van de kern dat het 'nucleaire poriëncomplex' wordt genoemd.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat de grootte en samenstelling van deze eiwitten veranderen hoe gemakkelijk ze elkaar kunnen kruisen, maar nu is dit onderzoek, gepubliceerd in Nature Physics , heeft aangetoond dat mechanische eigenschappen ook de eiwitinvoer via de porie kunnen beïnvloeden. Het artikel is getiteld "Structurele anisotropie resulteert in mechano-directioneel transport van eiwitten door nucleaire poriën."
Door de beweging van eiwitten in afzonderlijke cellen te volgen, toonde het team aan dat, in eiwitten met dezelfde grootte en samenstelling van aminozuren (hun bouwstenen), mechanische stabiliteit nabij de ‘nucleaire lokalisatiesequentie’ van het eiwit (een speciale sequentie om de eiwit dat de kern binnendringt) beïnvloedde hoe snel of langzaam ze konden passeren.
Ze identificeerden dat eiwitten met een zacht of flexibel gebied naast deze sequentie sneller de kern konden binnendringen.
De onderzoekers ontwikkelden vervolgens een zachte tag die bij de sequentie van stijvere eiwitten kon worden toegevoegd, zodat ze gemakkelijker de kern konden binnendringen.
Dit werd getest door een transcriptiefactor (een eiwit dat bepaalde genen aanzet) te taggen, genaamd MRTF, die cellen helpt door het lichaam te bewegen. Wanneer een zachte tag aan MRTF werd bevestigd, kon deze de kern veel sneller binnendringen, waardoor de celbeweging toenam.
De onderzoekers denken dat dit een potentieel nuttig hulpmiddel kan zijn om medicijnen sneller aan de kern af te leveren, of door transcriptiefactoren te taggen om de activiteit van bepaalde genen te verhogen.
Sergi Garcia-Manyes, groepsleider van het Single Molecule Mechanobiology Laboratory van het Francis Crick Institute, en hoogleraar biofysica aan King's College London, zei:"We hebben een fundamentele ontdekking gedaan dat de werking van een eiwit – hoe zacht of stijf het is bevindt zich in de regio die de translocatie leidt – controleert de toegang tot de celkern. Hoewel we alleen naar de kernporie hebben gekeken, zou dit mechanisme de toegang tot andere delen van de cel kunnen reguleren, zoals de mitochondriën of proteasomen sneller de kern kunnen binnendringen, kunnen ons helpen doelgerichtere medicijnen te ontwerpen."
Rafael Tapia-Rojo, co-eerste auteur, voormalig postdoc bij de Crick en nu docent biologische natuurkunde aan King's College London, zei:"Onze bevindingen waren nogal onverwacht en het was opvallend om te zien hoe metingen op het niveau van één molecuul kunnen gebeuren." zo direct gekoppeld zijn aan wat er op cellulair niveau gebeurt, met behulp van een nieuw ontworpen optomechanische benadering."
De onderzoekers onderzoeken nu hoe transcriptiefactoren zijn geëvolueerd om flexibele gebieden te bevatten waardoor ze gemakkelijker de kern kunnen binnendringen.