这个最基本的生命细节才被揭开——25毫秒核孔穿梭

细胞中的所有蛋白质都是由复杂的分子机器组装而成的。这些核糖体的前体在细胞核中产生，然后通过所谓的核孔进入细胞。波恩大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员现在首次在活细胞中拍摄到了这一基本过程。他们的实验提高了对核糖体是如何形成的理解。

细胞中的所有蛋白质都是由复杂的分子机器组装而成的。这些核糖体的前体在细胞核中产生，然后通过所谓的核孔进入细胞。波恩大学和苏黎世联邦理工大学的研究人员首次在活细胞中拍摄了这个基本过程。他们的实验提高了对核糖体是如何产生的理解。这项研究发表在《Nature Communications》杂志上。

细胞核是一种拱顶：它位于细胞内并保护DNA，DNA包含所有细胞蛋白质的构建指令。当细胞需要一种蛋白质来完成一项特定任务时，它会在细胞核中订购一份匹配DNA片段的转录本。这个拷贝离开细胞核到达核糖体，核糖体是一个复杂的分子机器。然后，它们一步一步地按照说明来生产所需的蛋白质。

这意味着绝大多数细胞分子是在细胞核外产生的。然而，这并不适用于核糖体本身：它们的许多成分已经在细胞核内大量组装。这导致两个大分子复合物的形成，即前体60S和前体40S亚基。然后两者都通过核孔进入细胞，在最后一步组装形成核糖体。

波恩大学和苏黎世联邦理工大学的团队现在已经拍摄了更大的60S前体亚基的出核情况。

波恩大学的物理和理论化学研究所的Ulrich Kubitscheck教授解释道：“要做到这一点，我们用绿色染料和红色前体60S染色核孔。”记录本身是在一种特殊显微镜的帮助下完成的，研究人员也为此专门对这种显微镜进行了修改。

凝胶堵孔剂

“通过这种方式，我们在世界范围内首次成功实时捕获单个核糖体成分通过孔隙的通道，”该研究的主要作者Jan Ruland博士说，他在Kubitscheck的研究小组完成了博士学位。

这绝对不是小事：人类细胞的细胞核实际上覆盖着几千个小孔。它们每个的直径只有大约万分之一毫米。这一成功基于显微镜技术的进步，但也基于研究人员十多年来不断优化其方法的研究工作。

通过孔隙的运输是一个复杂的过程：它们被一种通常阻止大分子通过的凝胶密封。核糖体的亚单位是巨大的；没有辅助，它们无法离开细胞核。因此，它们周围环绕着某些分子，即出口受体。可以说，这使它们能够“游过”凝胶塞。Kubitscheck的同事Jan Peter Siebrasse博士解释说：“每个毛孔的外侧都有一个蛋白质抓取器，它可以拉出核糖体单元。”

通过只需要25毫秒

这一步似乎是运输过程的“瓶颈”。Siebrase说：“我们能够证明，前体60S亚基正好堆积在蛋白质抓取器伸入毛孔的地方。”然而，输出速度相对较快——研究参与者估计每秒35到50个亚单位可以通过一个孔。

但对视频的评估也表明，出口并不总是有效的。只有在第三种情况下，一个前体60S亚基接触到一个孔，然后它才真正离开细胞核。然而，Kubitscheck推测，在其余的情况下，这个过程被中止了——可能是因为其他分子同时被运出了细胞核。

这项研究为核糖体的形成提供了更详细的见解。此外，该方法也适用于其它输运过程的研究。“我们已经用尽了目前的技术可能性，”Kubitscheck说。“审查人员称我们的研究为参考，我们希望其他群体能从中受益，这并非没有道理。”

原文检索：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26323-7

延伸阅读： 《Nature》人类核孔复合体有几环？