Наблюдение за скрытой жизнью молекул внутри клетки

Чтобы понять, как функционируют клетки, ученые изучают, как их различные компоненты — от отдельных молекул до множества органелл — работают вместе. Традиционные методы структурной биологии позволяют рассмотреть отдельные молекулы вплоть до атомов, но дают лишь статичные "снимки".

Наблюдение за поведением молекул на атомном уровне в их естественном окружении долгое время казалось невозможным. Теперь эта технологическая проблема решена.

Группа Косински из EMBL Hamburg, лаборатория Бека из Института биофизики Макса Планка, группа Махамида и Центр передовой световой микроскопии EMBL Heidelberg объединили методы молекулярного моделирования и крио-электронной томографии. Они визуализировали, как гигантский молекулярный комплекс — ядерная пора (NPC) — движется внутри живых клеток.

NPC — это структура в форме пончика, расположенная в мембране ядра клетки и состоящая из тысячи белков. Она действует как контрольно-пропускной пункт, регулирующий транспорт белков в ядро и из него, и играет критическую роль во многих фундаментальных клеточных процессах. Многие вирусы, такие как ВИЧ и вирус гриппа, захватывают NPC, чтобы проникнуть в ядро.

Комбинируя математические модели и данные томографии, ученые создали видео, показывающее, как NPC расширяется и сжимается в живых клетках в ответ на изменения в клеточном окружении. Полученные данные о молекулярном поведении могут помочь в разработке новых противовирусных препаратов.

Наблюдение структурных изменений в таком крупном комплексе на атомном уровне было бы невозможно без специального программного обеспечения Assembline, разработанного группой Косински. Assembline позволяет проводить структурное моделирование, объединяя данные, полученные с помощью различных экспериментальных методов. Это "швейцарский нож" для изучения молекулярных комплексов. Программа уже доказала свою полезность для изучения других крупных комплексов, например, ESX-5, участвующего в развитии туберкулеза. ПО имеет открытый исходный код и свободно доступно для научного сообщества.