Forskare vid Francis Crick Institute och King's College London har upptäckt att hur mjuka eller stela proteiner är i vissa regioner kan diktera hur snabbt eller långsamt de kommer in i kärnan.
Proteiner behöver komma in och ut ur kärnan, cellens kontrollcenter, för att ge olika funktioner, som att säga åt kärnan att slå på eller stänga av vissa gener. Dessa proteiner korsar med hjälp av en kanal på kanten av kärnan som kallas "kärnporkomplexet."
Tidigare forskning har visat att storleken och sammansättningen av dessa proteiner ändrar hur lätt de kan passera, men nu är denna forskning publicerad i Nature Physics , har visat att mekaniska egenskaper också kan påverka proteininträde genom poren. Uppsatsen har titeln "Strukturell anisotropi resulterar i mekanisk-riktad transport av proteiner över kärnporer."
Genom att spåra rörelsen av proteiner i enstaka celler visade teamet att i proteiner av samma storlek och sammansättning av aminosyror (deras byggstenar), mekanisk stabilitet nära proteinets "nukleära lokaliseringssekvens" (en speciell sekvens för att möjliggöra protein för att komma in i kärnan) påverkade hur snabbt eller långsamt de kunde passera.
De identifierade att proteiner med en mjuk eller flexibel region bredvid denna sekvens kunde passera in i kärnan snabbare.
Forskarna konstruerade sedan en mjuk tagg som kunde läggas till nära sekvensen på styvare proteiner, för att hjälpa dem att lättare komma in i kärnan.
Detta testades genom att tagga en transkriptionsfaktor – ett protein som sätter på vissa gener – som kallas MRTF, som hjälper celler att flytta runt i kroppen. När en mjuk tagg fästes på MRTF kunde den komma in i kärnan mycket snabbare, vilket ökade cellrörelserna.
Forskarna tror att detta kan vara ett potentiellt användbart verktyg för att leverera läkemedel till kärnan snabbare, eller genom att tagga transkriptionsfaktorer för att öka aktiviteten hos vissa gener.
Sergi Garcia-Manyes, gruppledare för Single Molecule Mechanobiology Laboratory vid Francis Crick Institute, och professor i biofysik vid King's College London, sa:"Vi har gjort en grundläggande upptäckt att mekaniken hos ett protein - hur mjukt eller styvt det är är i regionen som leder translokation– kontrollera dess inträde i cellens kärna, även om vi bara tittade på kärnporen, kan denna mekanism reglera inträde i andra delar av cellen, såsom mitokondrierna eller proteasomer kan komma in i kärnan snabbare kan hjälpa oss att designa mer riktade läkemedel."
Rafael Tapia-Rojo, co-first författare, tidigare postdoc vid Crick, och nu lektor i biologisk fysik vid King's College London, sa:"Våra fynd var ganska oväntade, och det var slående att se hur mätningar på enstaka molekylnivå kan vara så direkt kopplad till vad som händer på cellnivå, med hjälp av en nydesignad optomekanisk metod."
Forskarna undersöker nu hur transkriptionsfaktorer har utvecklats för att innehålla flexibla regioner som gör att de lättare kan komma in i kärnan.
Mer information: Panagaki, F. et al. Strukturell anisotropi resulterar i mekanoriktad transport av proteiner över kärnporer, Naturfysik (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02438-8.
Journalinformation: Naturfysik
Tillhandahålls av Francis Crick Institute
