核孔复合物（NPC）介导真核细胞中核与细胞质之间物质的流动。核孔复合物（NPC）是细胞中最大的超分子复合物之一，在酵母中的总质量约为50 MDa，在高等真核生物中的总质量约为110-125 MDa。 核孔复合物（NPC）的蛋白质成分被称为核孔蛋白（Nup）。但是，对 NPC 结构及其在运输中的作用的理解仍然不完整。
2022年2月17日，西湖大学施一公团队在Cell Research 在线发表题为“Cryo-EM structure of the nuclear ring from Xenopus laevis nuclear pore complex”的研究论文，该研究展示了非洲爪蟾 NPC 核环 (NR) 亚基的单粒子冷冻 EM 结构，平均分辨率为 5.6 Å。 NR 亚基由两个 10 成员的 Y 复合物组成，每个复合物的核孔蛋白 ELYS 与长臂的 Nup160 和 Nup37 密切相关。与细胞质环 (CR) 或内环 (IR) 不同，NR 亚基仅包含 Nup205 和 Nup93 各一个分子。
Nup205 结合 Y 复合物的两个臂，并与来自相邻亚基的内部 Y 复合物的茎相互作用。Nup93 在同一个 NR 亚基内连接内外 Y 复合物的茎，并将其 N 端延伸螺旋从相邻亚基放入 Nup205 的轴向凹槽中。连同其他结构信息，生成了包括 NR、IR 和 CR 的中心环支架的复合原子模型。IR 主要通过 Nup155 连接到两个外环。该模型有助于对脊椎动物 NPC 的功能理解。
2020年5月6日，施一公团队（清华大学为第一单位）在Cell Research 在线发表题为”Structure of the cytoplasmic ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex by cryo-electron microscopy single particle analysis“的研究论文，该研究介绍了非洲爪蟾NPC CR的单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，平均分辨率为5.5-7.9–Å，局部分辨率达到4.5Å。改进的分辨率允许在大多数CR组件中标识和放置辅助结构元素。每个CR亚基中的两个Y复合物彼此相互作用，并与侧翼亚基的Y复合物缔合，形成圆形支架。在每个CR亚基中，含有Nup358的区域包裹着两个Y复合物的茎，可能稳定了支架。Nup205连接两个Y配合物的短臂，并与相邻Y配合物的茎相连。包含Nup214的区域使用延伸的卷曲螺旋连接两个Y络合物的Nup85，并凸出到NPC的轴向孔中。这些以前没有特征的结构特征揭示了对NPC组装的了解。
2020年5月4日，施一公团队(西湖大学为第一单位)在Cell Research 在线发表题为”Molecular architecture of the luminal ring of the Xenopus laevis nuclear pore complex“的研究论文，该研究报告了非洲爪蟾卵母细胞的NPC的腔环（LR）的冷冻电子断层扫描（cryo-ET）结构。LR的观察到的关键结构特征可通过单粒子低温电子显微镜（cryo-EM）分析独立确认。该研究揭示了LR以前未知的特征，并可能解释了NPC的弹性。
核孔复合体 (NPC) 是细胞质和细胞核之间货物运输的唯一常规途径。NPC 位于所有真核细胞的核膜 (NE) 上。尽管 NPC 的大小和组成可能因物种而异，但整个组织在所有真核生物中都是保守的。脊椎动物 NPC 的总分子量超过 100 MDa，由三个中央环支架组成，共同定义中央孔：细胞质环 (CR)、内环 (IR) 和核环 (NR) 。CR 和 NR 具有相似的整体结构，并以一组保守的核孔蛋白为特征。NPC 中心的 IR 被两个外环（CR 和 NR）夹在中间，呈现出双重对称性。
非洲爪蟾 NPC NR 亚基的冷冻电镜结构（图源自Cell Research ）
NPC的结构调查已经产生了关于各种环状支架及其组成核孔蛋白的丰富信息。目前，通过冷冻电子断层扫描 (cryo-ET) 的 EM 重建已经为人类 NPC 和非洲爪蟾 (X. laevis) NPC 生成了低到中等分辨率。人类 NPC 的复合坐标是通过将已知的 X 射线结构对接到 EM 图中生成的。
依靠冷冻电镜单粒子分析 (SPA)，研究人员之前从非洲爪蟾NPC 中重建了 CR 亚基，局部分辨率约为 5-8 Å。通过改进样品制备和冷冻 EM 分析，将 CR 亚基的非洲爪蟾 NPC 的平均分辨率提高到 4.1 Å，IR 亚基的平均分辨率提高到 4.2 Å。
在这项研究中，报告了非洲爪蟾 NPC NR 亚基的冷冻电镜重建，平均分辨率为 5.6 Å，达到了 bin-2 级数据处理的分辨率极限。EM 图的特征允许对接 非洲爪蟾核孔蛋白的已知和预测结构，并识别 NR 亚基的大多数核孔蛋白中的二级结构元件。基于 EM 图，该研究生成了非洲爪蟾 NR 亚基的 22 个核孔蛋白的原子坐标，其中包括 18941 个氨基酸。连同 CR 和 IR 亚基的重建，该研究报告了非洲爪蟾NPC 中央环支架的基于 EM 图的原子坐标。这种结构信息可作为理解脊椎动物中 NPC 组装和功能的框架。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41422-021-00610-w
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