活细胞中核孔复合体FG核孔蛋白的三维分层架构与选择性运输机制

《Nature Communications》：Live-cell 3D mapping reveals the organized architecture of FG-nucleoporins within the nuclear pore complex

　　核孔复合物（NPC）负责调控选择性核质交换，但其固有无序FG核孔蛋白（FG-Nups）在活细胞中的空间组织方式一直是未解之谜。本研究将高速二维单分子追踪与定位后二维至三维转换相结合，通过蒙特卡洛模拟及独立的三维MINFLUX测量加以验证，在活细胞中重建了所有十一种哺乳动物FG-Nups在单个NPC内的三维分布。所得图谱揭示，FG屏障并非均匀的无序网状结构，而是一种分层架构：五种锚定于中心的FG-Nups形成一个环状结构，围绕着一个占据稀疏的轴向通道；六种非对称定位的FG-Nups则柔性地延伸出支架之外，在胞质面和核质面形成动态帽状结构。Nup214和Nup153在轴向开放与闭合构象之间切换，而Nup98跨越几乎整个孔道长度，与大多数其他FG-Nups重叠，将屏障两侧的主要FG区域连接起来。这些特征共同定义了一个可适应的封顶通道，横跨核膜达约270纳米，中心环状区域约40纳米，FG延伸部分向胞质延伸约80–130纳米、向核质延伸约60–100纳米。在同一活细胞系统中进行的运输路径测量表明，被动扩散倾向于通过FG含量相对较低的中心通道，而促进运输则沿周边FG丰富的路径进行。这些发现为NPC选择性提供了统一的结构框架，并支持一种模型：分布式的、位置依赖的FG架构——而非单一中心屏障——负责组织运输过程。