Votre corps est composé de près de 100 billions de cellules qui vous maintiennent en bonne santé et en vie. Chaque cellule possède des milliards de parties qui lui sont propres, toutes travaillant en tandem pour maintenir les processus de la vie en mouvement.
Un composant vital d’une cellule s’appelle un pore nucléaire, qui agit comme les portes et les fenêtres d’une maison – il permet à des éléments importants, comme l’ARN et les protéines, d’entrer et de sortir du noyau d’une cellule. Sans pores nucléaires, vos cellules et tout le reste de votre corps se fermeraient. Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas vu exactement comment les pores nucléaires sont construits et comment leurs nombreuses parties fonctionnent.
Entrez une équipe de chercheurs du California Institute of Technology (Caltech), dirigée par André Hoelz, professeur de chimie et de biochimie et chercheur du Howard Hughes Medical Institute (HHMI). Après presque deux décennies de persévérance, les chercheurs ont réussi à cartographier la structure atomique du complexe de pores nucléaires (NPC) en déterminant les structures de ses nombreux composants et en les assemblant. Voir comment le NPC s’emboîte dans les cellules approfondit notre compréhension du fonctionnement des cellules et conduira potentiellement à de nouveaux traitements pour certains cancers, maladies auto-immunes et neurodégénératives et certaines maladies cardiaques.
Démêler le PNJ a pris du temps car ce n’est pas un simple puzzle comme ceux qui attendent en morceaux dans une boîte. Il contient plus de 1 000 protéines individuelles, et il peut falloir des années aux scientifiques pour en cartographier une seule avant même de commencer à les assembler. L’ensemble du processus s’apparente à un gigantesque puzzle tridimensionnel, mais composé de pièces si minuscules que vous ne pouvez pas les voir à l’œil nu ou même avec le meilleur microscope optique.
Pour rendre cette étape possible, l’équipe de Caltech s’est tournée vers les rayons X à haute énergie générés par la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford (SSRL) du laboratoire national d’accélérateur SLAC du ministère de l’Énergie (DOE), la source de photons avancée du laboratoire national d’Argonne du DOE. , et National Synchrotron Light Source II au Laboratoire national de Brookhaven du DOE. Dans de nombreuses expériences au fil des ans, ils ont zappé des échantillons de protéines NPC cristallisées avec de la lumière aux rayons X, éclairant la structure atomique et la forme générale des échantillons. Ils ont publié leurs conclusions ce mois-ci dans deux articles en La science. Le premier article a rapporté l’architecture du visage qui se trouve à l’extérieur du noyau, et le deuxième article a révélé comment les nombreuses pièces du PNJ sont maintenues ensemble par des protéines « colle ».
« La cristallographie aux rayons X a fourni des détails atomiques sur les composants protéiques individuels », a déclaré Aina Cohen, scientifique principale du SLAC. « Alors que les technologies s’amélioraient, y compris au SSRL du SLAC, les chercheurs ont pu voir le complexe de pores nucléaires de manière plus claire, afin qu’ils puissent assembler les différentes protéines pour compléter ce puzzle complexe. »
Sans la technologie améliorée de SSRL au fil des ans, comme ses capacités de microfocus et un détecteur à matrice de pixels (PAD), installé en 2009, la recherche n’aurait pas pu avoir lieu, a déclaré Hoelz. SSRL avait l’un des premiers PAD du pays, et le détecteur a généré de bien meilleures données de diffraction des rayons X qu’auparavant, aidant les chercheurs de Caltech à cartographier les structures protéiques du NPC. La détermination de la structure cristalline d’un gros morceau de six protéines et l’identification de sa disposition dans le pore nucléaire en 2015 ont montré qu’avec patience et diligence, les chercheurs pourraient éventuellement fournir une image complète de l’ensemble du PNJ.
« SSRL était l’installation où la plupart des travaux structurels initiaux ont eu lieu en raison du large accès que nous avions via l’observatoire moléculaire de Caltech, une installation de cristallographie aux rayons X avec accès à la ligne de faisceau 12-2 de SSRL », a déclaré Hoelz. « Cet accès régulier a permis l’amélioration systématique de divers aspects des expériences de diffraction des rayons X, ce qui nous a permis de résoudre même les problèmes de détermination de la structure des nucléoporines les plus difficiles. Nous avions plusieurs structures sur lesquelles nous avons travaillé pendant plus d’une décennie avant de les résoudre. . »
Le puzzle du PNJ humain achevé fournira un cadre sur lequel de nombreuses expériences importantes pourront désormais être réalisées, a déclaré Christopher Bley, chercheur postdoctoral senior en chimie à Caltech et également co-premier auteur des études.
« Nous avons maintenant cette structure composite, et elle permet et informe les futures expériences sur la fonction des PNJ, ou même sur les maladies », a déclaré Bley. « Il y a beaucoup de mutations dans le PNJ qui sont associées à de terribles maladies, et savoir où elles se trouvent dans la structure et comment elles se rejoignent peut aider à concevoir la prochaine série d’expériences pour essayer de répondre aux questions de ce que ces mutations font. . »
Après avoir déterminé la structure des PNJ humains, les scientifiques peuvent désormais se concentrer sur l’élaboration de la base moléculaire de diverses fonctions énigmatiques des PNJ, telles que la façon dont l’ARNm est exporté, les causes sous-jacentes des nombreuses maladies associées aux PNJ et le ciblage de la fonction des PNJ par de nombreux virus, y compris le SRAS-CoV-2 et le virus monkeypox, dans le but de développer de nouvelles thérapies, a déclaré Hoelz.
SSRL, APS et NSLS-II sont des installations d’utilisateurs du DOE Office of Science. La recherche a été financée par le HHMI, les National Institutes of Health et le Heritage Medical Research Institute.
