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核孔复合体(NPC)允许货物穿过核膜在细胞核和细胞质之间运输。它们由大约三十种不同的核孔蛋白组成，分布在中央转运通道周围的三个主要亚结构(内环、细胞质环和核质环)中。现在，一项新研究使用冷冻电子断层扫描技术直接在细胞内生成人类NPC的结构模型。他们的结果表明，孔隙的尺寸比之前想象的要大，这强调了在天然环境中分析复杂分子的重要性。

这项工作发表在《自然》杂志的论文《细胞环境塑造核孔复杂结构》中。

“我们已经证明，细胞环境对像NPC这样的大型结构具有重大影响，这是我们开始时没有预料到的，”麻省理工学院生物学教授ThomasSchwartz博士说。“科学家普遍认为大分子足够稳定，可以在细胞内外维持其基本特性，但我们的发现颠覆了这一假设。”

传统上，科学家将NPC分解成单独的成分，然后使用一种称为X射线晶体学的方法对其进行研究。麻省理工学院的研究小组与苏黎世大学的研究人员一起，采用了两种尖端方法来解决孔隙结构：冷冻聚焦离子束(cryo-FIB)铣削和冷冻电子断层扫描(cryo-ET)。研究人员捕获了包含NPC的细胞的横截面，而不是简单地单独观察NPC。

“这种方法的惊人之处在于我们几乎没有对细胞进行任何操作，”施瓦茨说。“我们没有扰乱细胞的内部结构。这就是革命。”

研究人员所看到的情况与现有的NPC描述有很大不同。他们惊讶地发现，形成孔隙中心通道的最内环结构比之前想象的要宽得多。当留在自然环境中时，孔隙张开至57纳米，与之前的估计相比，体积增加了75%。该团队还能够更仔细地观察NPC的各个组件如何协同工作来定义孔隙的尺寸和整体架构。

“我们已经证明细胞环境会影响NPC结构，但现在我们必须找出影响方式和原因，”施瓦茨实验室的海伦·海·惠特尼(HelenHayWhitney)博士后研究员、该论文的第一作者AnthonySchuller博士说。他补充说，并非所有蛋白质都可以纯化，因此冷冻ET和冷冻FIB的组合也可用于检查各种其他细胞成分。“这种双重方法解锁了一切。”

亚琛工业大学生物化学教授WolframAntonin博士说：“这篇论文很好地说明了技术进步，在这种情况下，对冷冻聚焦离子束铣削的人体细胞进行冷冻电子断层扫描，如何提供细胞结构的新图像。”德国没有参与这项研究。NPC中央传输通道的直径比之前认为的要大，这一事实暗示该孔隙可能具有令人印象深刻的结构灵活性。“这对于细胞适应增加的运输需求可能很重要，”安东尼解释道。

研究小组希望进一步了解孔的大小如何影响分子的通过。例如，科学家最近才确定，这个孔足够大，可以让艾滋病毒等完整的病毒进入细胞核。同样的原则也适用于医疗：只有具有特定特性、大小适当的药物才能接触细胞的DNA。

Schwartz特别想知道所有NPC是否生而平等，或者它们的结构是否因物种或细胞类型而异。“我们一直在操纵细胞，并将各个成分从其原生环境中取出，”他说。“现在我们知道这种方法可能会产生比我们想象的更大的后果。”