Determinación de la estructura del complejo nuclear de poro con tridimensional Cryo Microscopía Electrónica

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Determinación de la estructura del complejo nuclear de poro con tridimensional Cryo Microscopía Electrónica[pic 5]

Alexander von Appen y Martin Beck

Laboratorio Europeo de Biología Molecular, unidad estructural y Biología Computacional, Biología Celular y Unidad de Biofísica, Meyerhofstraße 1, 69117 Heidelberg, Alemania

Correspondencia a Martin Beck: martin.beck@embl.de

http://dx.doi.org/10.1016/j.jmb.2016.01.004

Editado por RW Kriwacki

Abstracto

La determinación de la estructura del complejo de poro nuclear (NPC) impone un enorme desafío debido a su tamaño, la composición y la naturaleza intrincada membrana embebido. En los vertebrados, a unos 1000 bloques de construcción de proteínas se ensamblan para formar un complejo de 110 MDa que fusiona las membranas interior y exterior del núcleo de una célula. En este artículo examinamos los recientes avances en la comprensión de la arquitectura in situ de la APN con un enfoque específico en los enfoques utilizando microscopía electrónica de crio en tres dimensiones. Se discuten los beneficios y limitaciones tecnológicas y dar una perspectiva hacia la obtención de una estructura de alta resolución de la APN.

© 2016 Los Autores. Publicado por Elsevier Ltd Este es un artículo de acceso abierto bajo la licencia CC BY

(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

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Composición de complejos de poro nucleares

poros nucleares dirigen el transporte de las biomoléculas a través de la envoltura nuclear (NE). Morfológicamente, los complejos de poro nuclear (NPC) contienen tres anillos apilados. El anillo interior se extiende por las membranas nucleares interior y exterior fusionadas. Los anillos citoplasmáticos y una nucleoplasmic emparedado el anillo interior de ambos extremos distales[1]. Los componentes proteicosconstituyendo esta estructura han sido relativamente bien caracterizado. NPC se ensamblan a partir de múltiples copias de ~ 30 nucleoporins (PMB) que subyacen a una cierta modularidad[2,3]: Bloques de construcción de proteínas individuales están preensamblados en Subcomplejos que posterior- mente se unen entre sí en múltiples copias para formar la gran estructura de la APN.

Dos de estos subcomplexes, el llamado-Y y los complejos anillo interior, constituyen el andamio NPC. Esta estructura de núcleo se compone principalmente de solenoide alfa y dominios de hélice beta. El Y-complejo es el plex subcom- estructuralmente mejor definido y muestra una característica en forma de Y. Tanto el contorno en forma de Y[4-7] y las seis proteínas del núcleo que lo constituyen se conservan en todo eucariotas [8]. El Y-complejo humano contiene cuatro hélices beta auxiliares, a saber, Nup43, Nup37, Seh1 y Elys, por lo que el último contiene dominio adicional

características y se une específicamente a la cara nuclear de la APN [9,10]. El Y-complejo se ensambla en un vértice que consiste en un pequeño brazo, un gran brazo y una base del tallo que se unen entre sí en el centro de la Y. El pequeño brazo de la Y contiene Nup85 y Seh1 (en eucariotas superiores, también Nup43) ; el brazo grande contiene Elys, Nup37 y Nup160. La base del tallo consiste en Nup96 y Sec13, que se une Nup85 y Nup160 en el elemento de cubo central. La punta del vástago altamente flexible contiene Nup133 y Nup107[7,8]. El complejo de anillo interior contiene cinco miembros en los vertebrados, a saber, Nup205, Nup188, Nup155, Nup93 y Nup53[11]. Su contorno real es menos conocido (véase más adelante).

Varios otros subcomplexes unen periféricamente al andamio y son importantes para la interacción con la carga y otras funciones de la APN. El trimérica subcomplex Nup62- Nup58-Nup54 localiza simétricamente a la región del canal central de la NPC[12-14]. Otros Subcomplejos se unen de forma asimétrica ya sea la cara nuclear o la cara citoplasmática de la APN. El subcomplex NUP214-Nup88-NUP62 que tains también con- Rae1 y residuos Nup98 en el lado citoplásmico[15,16] y es esencial para la exportación de ARNm [17]. Además, el complejo Nup358-RanGAP1 * SUMO1-Ubc9 sub-[18] está asociado al anillo citoplasmática y regula el transporte nuclear del receptor de carga

0022-2836 / 2016 © los autores. Publicado por Elsevier Ltd Este es un artículo de acceso abierto bajo la licencia CC BY (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).        J Mol Biol (2016) 428, 2001-2010

complejo montaje y desmontaje [19]. Las interfaces exactas de los componentes restantes son menos conocidos. Tpr, Nup50 y se unen Nup153 a la Y-complejo específicamente en el lado nucleoplasmic[20]. Sólo tres Nups, POM121, gp210 y NDc1, son proteínas integrales de membrana en los vertebrados[20,21] y cruzar la bicapa lipídica de la NE con una sola hélice alfa (POM121 y gp210) o con un dominio más grande transmembrana (NDc1). Mientras que el tipo de célula expresa específicamente POM121 parece unirse tanto a la Y y complejos de anillo interior[22], El omnipresente NDc1 se une el complejo de anillo interior [23]. Sólo NDc1 parece ser conservadas en todo eucariotas.

Investigación de la estructura de la APN por técnicas clásicas de Microscopía Electrónica

CPN se han descubierto utilizando electrones La microscopía (EM) ya en la década de 1950 [24]. Su tamaño, topología obvio y localización específica al NE desde entonces han rendido NPC como un blanco fácil para EM clásica. Muchos estudios utilizados EM transmisión de secciones incluidas en plástico y EM de exploración en combinación con rotatorio remedo de metal pesado para investigar la estructura de poro nuclear, la morfología y función. Estos estudios han influido fuertemente en los conceptos científicos actuales del sistema de transporte nucleocytoplasmic. Es decir, se reveló que el material celular pasa a través de un canal central de la NPC, definido los límites de tamaño para sus cargas (39 nm), descubierto las características morfológicas generales de NPC y permitió la localización de proteína candidata

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