Суперразрешающая микроскопия показала сетчатый слой из белков ламинов на внутренней стороне ядерной мембраны

Все представители животного мира имеют общую структуру — ядерную мембрану. Эта оболочка, окружающая генетическое ядро клетки вместе со всеми присоединёнными к ней белками, играет жизненно важную роль в биологических функциях. Несмотря на её важность, детали её архитектуры до сих пор были неизвестны.

Учёные из Института медицинской биологии A*STAR под руководством Брайана Бёрка создали наномасштабную модель внутренней стороны ядерной мембраны млекопитающих, где нитевидные белки ламины образуют сеть. Ламины не только обеспечивают поддержку ядерной мембраны, но и участвуют в делении клеток, организации хроматина, репарации ДНК и других процессах. Мутации в ламинах связаны с более чем дюжиной заболеваний человека, включая мышечную дистрофию, болезни сердца и прогерию (синдром преждевременного старения).

Поскольку периферия ядра чрезвычайно переполнена белковыми и ДНК-молекулами, определение расположения ламинов с помощью световой или электронной микроскопии оказалось крайне сложной задачей. Теперь команда Бёрка использовала микроскопию сверхвысокого разрешения, чтобы выйти за пределы возможностей обычной микроскопии и зафиксировать расположение отдельных молекул ламинов.

Бёрк объясняет процесс: «Объединив 10 000 изображений, мы увидели, что каждый флуоресцентно меченый ламин появляется в виде яркой точки. Затем мы применили математическую технику, чтобы связать эти точки. В результате мы увидели, что нерегулярные сети филаментов, состоящие из разных типов ламинов, покрывают всю внутреннюю поверхность ядра». Важно, что ламины типа A и типа B ассоциируют только с ламинами того же типа, образуя независимые сети.

Хотя разные ламины почти идентичны, они взаимодействуют с различными белками и, по-видимому, выполняют разные функции. Например, ламин типа A, LaC, связывается с белком, который является частью каналов, окружающих отверстия в ядерной мембране. Ядерная мембрана имеет поры, которые позволяют осуществлять перенос материала между ядром и остальной частью клетки. Эти каналы известны как ядерные поровые комплексы (NPC) и выглядят как обручи с баскетбольной сеткой. Взаимодействие между LaC и белком в «корзине» комплекса может означать, что филаменты LaC регулируют распределение NPC в ядерной мембране — механизм, который может быть связан с развитием прогерии.

По словам Бёрка, следующие задачи для команды — лучше понять различные функции сетей ламинов и исследовать их взаимодействие с другими компонентами ядра. Их открытия могут объяснить, как даже тонкие изменения в организации ядерных ламинов могут приводить к ошеломляющему разнообразию заболеваний человека.