Giống như các nhà quy hoạch đô thị điều phối cẩn thận luồng xe cộ trong trung tâm thành phố, các tế bào kiểm soát tỉ mỉ sự di chuyển của các phân tử qua ranh giới hạt nhân của chúng. Hoạt động như những người gác cổng siêu nhỏ, các phức hợp lỗ nhân (NPC) nằm trong màng nhân duy trì sự kiểm soát chính xác đối với sự trao đổi phân tử này. Nghiên cứu đột phá từ Texas A&M Health đang hé lộ tính chọn lọc tinh vi của hệ thống này, có khả năng mang lại những góc nhìn mới về các rối loạn thoái hóa thần kinh và sự phát triển của ung thư.
Công nghệ theo dõi đột phá các con đường phân tử
Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Siegfried Musser tại Trường Y thuộc Đại học Texas A&M đã tiên phong trong các cuộc điều tra về sự vận chuyển nhanh chóng, không va chạm của các phân tử qua hàng rào màng kép của nhân tế bào. Bài báo mang tính bước ngoặt được công bố trên tạp chí Nature đã trình bày chi tiết những phát hiện mang tính cách mạng nhờ công nghệ MINFLUX – một phương pháp hình ảnh tiên tiến có khả năng ghi lại chuyển động phân tử 3D xảy ra trong mili giây ở quy mô nhỏ hơn khoảng 100.000 lần so với chiều rộng của một sợi tóc người. Trái ngược với những giả định trước đây về các con đường riêng biệt, nghiên cứu của họ chứng minh rằng các quá trình nhập và xuất nhân tế bào có chung các con đường chồng chéo trong cấu trúc NPC.
Những khám phá bất ngờ thách thức các mô hình hiện có
Các quan sát của nhóm nghiên cứu đã tiết lộ những mô hình giao thông bất ngờ: các phân tử di chuyển theo hai chiều qua các kênh bị thu hẹp, luồn lách xung quanh nhau thay vì đi theo các làn đường cố định. Điều đáng chú ý là, các hạt này tập trung gần thành kênh, để lại khu vực trung tâm trống rỗng, trong khi tốc độ di chuyển của chúng chậm lại đáng kể – chậm hơn khoảng 1.000 lần so với chuyển động không bị cản trở – do mạng lưới protein gây cản trở tạo ra một môi trường sền sệt.
Musser mô tả đây là “tình huống giao thông khó khăn nhất có thể tưởng tượng được – luồng xe hai chiều qua những đoạn đường hẹp”. Ông thừa nhận, “Những phát hiện của chúng tôi cho thấy một sự kết hợp các khả năng không lường trước được, tiết lộ sự phức tạp lớn hơn so với giả thuyết ban đầu của chúng tôi”.
Hiệu quả bất chấp trở ngại
Điều thú vị là, các hệ thống vận chuyển NPC thể hiện hiệu quả đáng kể bất chấp những hạn chế này. Musser suy đoán, “Sự dồi dào tự nhiên của NPC có thể ngăn chặn hoạt động quá tải, giảm thiểu hiệu quả sự can thiệp cạnh tranh và rủi ro tắc nghẽn.” Đặc điểm thiết kế vốn có này dường như ngăn chặn tình trạng tắc nghẽn phân tử. Tại đây'Phiên bản viết lại với cú pháp, cấu trúc và ngắt đoạn khác nhau nhưng vẫn giữ nguyên ý nghĩa ban đầu:
Luồng vận chuyển phân tử rẽ hướng: NPC hé lộ những con đường ẩn giấu
Thay vì đi thẳng xuyên qua NPC, hãy nhớ rằng NPC đó không tồn tại.'Theo trục trung tâm, các phân tử dường như di chuyển qua một trong tám kênh vận chuyển chuyên biệt, mỗi kênh nằm trong một cấu trúc dạng nan hoa dọc theo lỗ rỗng.'vòng ngoài của nó. Sự sắp xếp không gian này cho thấy một cơ chế kiến trúc tiềm ẩn giúp điều chỉnh dòng chảy phân tử.
Musser giải thích,“Mặc dù lỗ nhân tế bào nấm men được biết là có chứa'phích cắm trung tâm,'Thành phần chính xác của nó vẫn còn là một bí ẩn. Trong tế bào người, đặc điểm này chưa xuất hiện.'Hiện tượng này chưa được quan sát, nhưng sự phân vùng chức năng là điều có thể xảy ra.—và lỗ chân lông'Trung tâm này có thể đóng vai trò là tuyến đường xuất khẩu chính cho mRNA."
Mối liên hệ giữa các bệnh và những thách thức trong điều trị
Rối loạn chức năng ở NPC—cổng di động quan trọng—có liên quan đến các rối loạn thần kinh nghiêm trọng, bao gồm cả bệnh ALS (Lou Gehrig).'bệnh Alzheimer), bệnh Alzheimer's, và Huntington'bệnh lý. Ngoài ra, hoạt động vận chuyển NPC tăng cao có liên quan đến sự tiến triển của ung thư. Mặc dù về mặt lý thuyết, việc nhắm mục tiêu vào các vùng lỗ chân lông cụ thể có thể giúp thông tắc hoặc làm chậm quá trình vận chuyển quá mức, Musser cảnh báo rằng việc can thiệp vào chức năng NPC tiềm ẩn rủi ro, do vai trò cơ bản của nó trong sự sống còn của tế bào.
“Chúng ta cần phân biệt giữa các lỗi liên quan đến vận chuyển và các vấn đề liên quan đến NPC.'lắp ráp hoặc tháo rời,"Ông ấy nhận xét.“Mặc dù nhiều mối liên hệ giữa các bệnh tật có thể thuộc vào trường hợp thứ hai, nhưng vẫn có những ngoại lệ.—Ví dụ như đột biến gen c9orf72 trong bệnh ALS, tạo ra các khối kết tụ gây tắc nghẽn vật lý lỗ chân lông."
Hướng phát triển tương lai: Lập bản đồ các tuyến vận chuyển hàng hóa và chụp ảnh tế bào sống.
Musser và cộng sự, Tiến sĩ Abhishek Sau, đến từ Đại học Texas A&M.'Phòng thí nghiệm kính hiển vi chung dự định điều tra xem liệu các loại hàng hóa khác nhau có phù hợp hay không.—chẳng hạn như các tiểu đơn vị ribosome và mRNA—Chúng có thể đi theo những con đường riêng biệt hoặc hội tụ trên những tuyến đường chung. Công việc đang được tiến hành của họ với các đối tác Đức (EMBL và Abberior Instruments) cũng có thể điều chỉnh MINFLUX để chụp ảnh thời gian thực trong các tế bào sống, mang đến những cái nhìn chưa từng có về động lực vận chuyển hạt nhân.
Được tài trợ bởi NIH, nghiên cứu này định hình lại hiểu biết của chúng ta về hậu cần tế bào, cho thấy cách các NPC duy trì trật tự trong đô thị vi mô nhộn nhịp của nhân tế bào.
Thời gian đăng bài: 25/03/2025
